Chap V: LES ELEMENTS CHIMIQUES

1. 1/29 Chap V:LES ELEMENTS CHIMIQUES Dernière mise à jour: Le 16 janvier 2006

2. 2/29 Plan du TP cours Rappel du modèle de l ’atome de la classe de seconde Qui a eu l ’idée de l ’atome? 1- Les grecs (V° siècle Av.JC) 2- Dalton (1776 - 1844) 3- Les expériences de Thomson et de Rutherford (1902 – 1909) Chap V: LES ELEMENTS CHIMIQUES • L’élément cuivre 1- Transformations chimiques de l’élément cuivre 2- Qu’est ce qu’un élément ? • L’élément chimique. 1- Définition de l ’élément chimique 2- Les isotopes. 3- Notation III. Structure du cortège électronique 1- Qu’est ce qu’un électron? 2- Nombre d’électrons. 3- Répartition en couches. Activité du chap V: « Association des éléments »

3. 3/29 Modèle de l ’atome pour la classe de seconde. Une représentation simplifiée est appelée modèle. • Modèle de l ’atome: • un noyau central (10-15 m soit 10 000 fois plus petit que l ’atome) • des électrons répartis en couches autour du noyau (10-10 m) • du vide. (la structure de la matière est essentiellement lacunaire)

4. 4/29 Le noyau 1- Constitution. • Le noyau est constitué de particules appelées des nucléons: • desprotons particules qui sont électriquement chargées positivement, dont la charge est q = 1,6.10-19 C • des neutrons particules électriquement neutres.

5. 5/29 Le noyau 2 - Symbole du noyau. • Le nombre de charge ou numéro atomiqueZ d ’un atome est le nombre de protons qu’il contient. • Le nombre de nucléons d ’un noyau est représenté par la lettreA.

6. 6/29 • Le nombre de neutrons N dans un noyau vaut donc N = A - Z Le noyau d ’un atome de symbole chimique X est représenté par

7. 7/29 Le nuage électronique autour du noyau. Qu’est ce qu’un électron? • L ’électron est une particule chargée d ’électricité négative. Sa masse est extrêmement petite: me- = 9,1.10-31 kg • Sa charge électrique est la plus petite charge possible qu’une particule peut posséder. On parle de la charge élémentaire notée e = 1,6.10-19 C (C pour coulomb: unité de la charge électrique). q (charge d ’un électron) = - e

8. 8/29 Qui a eu l’idée de l’atome? 1- Les grecs (v° siècle avant J.-C.) • Pour moitié les savants de la Grèce antique pensaient que la matière résultait de la combinaison de quatre éléments: eau, air, terre, feu. • Démocrite pensait que la matière était composée de minuscules et invisibles particules: Les atomes (atomos: qu’on ne peut diviser). Les atomos Sa théorie n ’était basée que sur des hypothèses. Rien n ’avait été prouvé.

9. 9/29 Qui a eu l’idée de l’atome? 2- Dalton (1766 - 1844). • Dalton (scientifique anglais) savait que la masse se conservait au cours d ’une réaction chimique et pour expliquer ce fait il émet les hypothèses suivantes: • la matière est constituée d ’atomes identiques. • Les éléments chimiques se différencient par des atomes de masse différentes. Rien n’est encore prouvé par l ’expérience.

10. 10/29 Qui a eu l’idée de l’atome? 3- Les expériences de Thomson et de Rutherford. • En 1902 Thomson montre la présence de particules chargées négativement dans l ’atome qu’il appelle électrons. • En 1911 Rutherford démontre (cf. page 253) que l ’atome contient: • un noyau au centre. • des électrons qui gravitent autour du noyau. • du vide entre les électrons et le noyau. Enfin les observations vérifient les hypothèses.

11. 11/29 Modèle de l ’atome pour la classe de seconde. Une représentation simplifiée est appelée modèle. Divers modèles de l ’atome: Le modèle de Rutherford 1911 Appelé aussi modèle planétaire car le noyau positif représente le soleil et les électrons décrivent des orbites autour du noyau comme les planètes autour du soleil. Le modèle de Thomson 1899 Les électrons baignent dans un matériau chargé positivement comme "des raisins dans un cake"

12. 12/29 Modèle de l ’atome pour la classe de seconde. Une représentation simplifiée est appelée modèle. Divers modèles de l ’atome: Le modèle de Schrödinger ou quantique 1925 Le noyau composé de particules chargées positivement (les protons) et de particules électriquement neutres (les neutrons découverts en 1932) "baigne" dans un nuage d‘électrons.. Le modèle de Bohr 1913 Semblable au modèle de Rutherford, le modèle de Bohr est complété par le fait que les électrons ne peuvent décrire que des orbites bien déterminées.

13. 13/29 Chap V: LES ELEMENTS CHIMIQUES • L’élément cuivre 1- Transformations chimiques de l’élément cuivre 2- Qu’est ce que l’élément cuivre ? • L’élément chimique. 1- Définition de l ’élément chimique 2- Les isotopes. 3- Notation III. Structure du cortège électronique 1- Qu’est ce qu’un électron? 2- Nombre d’électrons. 3- Répartition en couches. Activité du chap V: « Association des éléments »

14. 14/29 I. L’élément cuivre 1- Transformations chimiques de l’élément cuivre Sous forme d’un diagramme comme celui vu dans le TP sur le fer, résumer la suite de transformation chimiques subies par le cuivre. 2- Qu’est ce que l’élément cuivre ? Il est possible de passer du métal cuivre Cu aux ions cuivre (II) Cu2+et inversement. Donc l’élément cuivre au cours d’une réaction chimique est conservé. L’ élément chimique cuivre est ce qui est commun au métal cuivre et à tous ses composés malgré la diversité de leurs apparences.

15. 15/29 II. L’élément chimique 1- Définition de l’élément chimique On donne le nom d’élément chimique à l ’ensemble des entités chimiques (atomes, isotopes, ions) ayant le même numéro atomique Z Un élément chimique est caractérisé par son numéro atomique Z

16. 16/29 Exercice n°4 • Parmi la liste suivante, regrouper les entités chimiques appartenant au même élément chimique. • Trouver les symboles à la place des points d ’interrogation en vous aidant de la classification périodique située à fin de votre manuel Exercice n°1

17. 17/29 II. L’élément chimique 2- Les isotopes • Dans un échantillon de cuivre, tous les atomes de cuivre ne sont pas identiques. Ils ont tous le même nombre de protons, mais certains atomes ont 63 nucléons et d ’autres 65. Ces atomes sont dit isotopes. On appelleisotopedes atomes qui ont le même numéro atomique Z, mais des nombres de nucléons A différents. 3- Notation 65 Cu 63 Cu 29 29 Même Z

18. 18/29 Le numéro atomique du fer est Z = 26 et son nombre de neutrons varie de 28 à 30 . • Ecrire sous la forme tous les représentants de cet élément. Exercice n°2

19. 35 Cl 17 19/29 Exercice 3 L'isotope le plus abondant du chlore s'écrit . L'autre isotope a un nombre de neutrons égal à 20. • Ecrire le symbole de cet isotope et donner la structure d'un de ses atomes. Exercice n°3

20. 20/29 III- Le cortège électronique 1. Qu’est ce qu’un électron? • L ’électron est une particule chargée d ’électricité négative. Sa masse est extrêmement petite: me- = 9,1.10-31 kg • Sa charge électrique est la plus petite charge possible qu’une particule peut posséder. q (charge d ’un électron) = - e 2- Nombre d ’électrons. Un atome est électriquement neutre. Donc le nombre de protons est égal au nombre d ’électrons • Donnez le nombre d ’électrons présents dans chacun des atomes suivants. 12 197 63 27 6C 79Au 29Cu 13Al Exercice n°4

21. 21/29 III- Le cortège électronique 3 - Répartition en couches ou principe de Pauli. • Les électrons se répartissent autour du noyau sur plusieurs couches. • Du centre vers l'extérieur: • La couche K: 2 électrons au maximum. • La couche L: 8 électrons au maximum. • La couche M: 18 électrons au maximum.

22. 24 12 22/29 exemple: (à lire) • Répartissons ensemble les électrons d ’un noyau de magnésium 12Mg Mg: 12 électrons Plaçons d'abord 2 électrons sur la couche K celle qui est la plus près du noyau.

23. 24 12 23/29 exemple: • Répartissons ensemble les électrons d ’un noyau de magnésium 12Mg • Mg: (K)2 • Reste 10 électrons à placer. • Remplissons la couche • L de 8 électrons.

24. 24 12 24/29 exemple: • Répartissons ensemble les électrons d ’un noyau de magnésium 12Mg • Mg: (K)2 (L)8 • Reste 2 électrons à placer. • La couche M peut contenir • 18 électrons mais il n'en • reste que 2 à placer.

25. 24 Mg : (K)2 (L)8 (M)2 La couche interne est toujours la couche K La couche externe est la dernière couche remplie 12 25/29 Structure électronique d ’un atome de magnésium(à recopier) • Selon le principe de Pauli :

26. 26/29 Exercice n°6: • Donner la structure électronique : 40 de l ’argon:18 Ar 11 du bore:5 B Exercice n°5

27. Réponses des exercices • Exercice 1 : Les entités chimiques appartenant au même élément chimique sont celles ayant le même numéro atomique Z et donc le même symbole d’élément. • Exercice 2 : Le numéro atomique du fer de symbole Fe est Z = 26 et son nombre de neutrons N varie de 28 à 30 , donc le nombre de nucléons A = Z+N = 54 , 55 ou 56 d’où la représentation possibles de ses isotopes sous la forme • Exercice 3  Les isotopes du chlore sont (car son symbole est Cl, son numéro atomique Z est 17 et le nombre de nucléons A = Z+N = 35 ou 37 = 17+20). • Exercice 4 :Le nombre d’électrons étant égal au nombre de protons dans un atome, il suffit de considérer le numéro atomique Z soit respectivement 6, 79, 29 et 13 électrons pour les atomes présents • Exercice 5 : La structure électronique de l’atome d’argon ayant Z = 18 électrons est (K)2(L)8(M)8 et celle de l’atome de bore ayant Z = 5 électrons est (K)2(L)3

28. Félicitations POUR FINIR: activité sur le personnage élément Hélium