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Chapitre 4. Les éléments chimiques présents dans l’Univers. 4.1. Un modèle de l’atome. a) Les modèles de l’atome dans l’histoire Le modèle de Démocrite (460 – 370 av. J.-C.). La matière est constituée de petits « grains » indivisibles appelés atomes A- tomos = in-sécable
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a) Les modèles de l’atome dans l’histoireLe modèle de Démocrite (460 – 370 av. J.-C.) • La matière est constituée de petits « grains » indivisibles appelés atomes • A-tomos = in-sécable • Les atomes ont diverses formes , ce qui explique la diversité de la matière
Le modèle d’Aristote (384 – 322 av. J.-C.) • La matière est constituée de 4 éléments : • Le feu • L’air • La terre • L’eau
Le modèle de Dalton(1766 – 1844) • L’atome est une sphère pleine de matière
Le modèle de Thomson(1856 – 1940) • Découvre l’électron, une particule chargée négativement • L’atome est une sphère chargée positivement parsemée d’électrons en mouvement. L’ensemble est électriquement neutre
Modèle de Rutherford • l’atome est constitué d’un noyau chargé positivement autour duquel les électrons sont en mouvement
b) L’atome • Constitué : • d’un noyau ( association de protons et de neutrons) • de électrons (autour du noyau)
Les types de charges : • Positives • Négatives • La charge électrique élémentaire • La charge portée par le proton • Notée e=1,6x10-19 C • La charge électrique du noyau • Q=Ze
La cohésion de l’atome • Le numéro atomique (Z) • Le nombre de masse (A) • Les nucléons • Symbole de l’atome
c) Élément chimique et isotopes • L’élément chimique • Est caractérisé par son numéro atomique Z • Les isotopes • Sont des noyaux qui ont le même nombre de protons, mais un nombre de neutrons différent (même Z, mais des A différents) • Les isotopes ont les même propriétés physiques et chimiques • Exemple : les isotopes de l’élément hydrogène
d) La masse d’un atome • La masse • Matome= (A-Z)mn+Z.mp+Z.me • mn=la masse du neutron • mp =la masse du proton • me =la masse de l’électrons • La masse approchée • Mapprochée=A.mnucléon
a) Le nuage électronique • Les couches électroniques • Les électrons d’un atome sont répartis sur des couches électroniques • Noms des couches • K,L,M • Nombre maximal d’électrons sur chaque couche • 2n2 • n=le nombre de la couche (n=1 pour la couche K, n=2 pour la couche L….) • Structure électronique • La répartition des électrons dans les différentes couches
Couche externe, électrons de valence • C’est la dernière couche occupée • Elle contient des électrons appelés « de valence » et qui sont les seuls impliqués lors des réactions chimiques • Couches internes, électrons de cœur • Toutes les autres couches de l’atome • Elles contiennent les électrons dits « de cœur »
b) La structure électronique des gaz nobles • Les gaz nobles • Sont les éléments situés dans la dernière colonne du tableau périodique: He, Ne, Ar, Kr, Rd • Sont des éléments remarquablement stables ( ne donnent pratiquement pas de réaction chimique) • He (Z=2): K2 • Ne (Z=10): K2L8 • Ar (Z=18): K2L8M8
Conclusion : • les gaz nobles ont une couche électronique externe contenant 2 électrons (un duet) ou 8 électrons (un octet); • cette structure explique la stabilité particulière des gaz nobles • Les autres éléments : • ne sont pas stables • Lors des réactions chimiques perdent ou gagnent des électrons afin d’acquérir la structure électronique externe du gaz noble le plus proche • Ils se transforment en ions
c) Les ions monoatomiques • Ion = atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons ( au maximum 3) • Types : • Les cations = ions positifs (atomes qui ont perdu un ou plusieurs électrons) • Les anions = ions négatifs (atomes qui ont gagné un ou plusieurs électrons)
Le tableau de Mendeleiev • 1869 : propose une classification des 63 éléments chimiques connus à partir des similitudes de comportement chimique • Les éléments sont classés par masse atomique croissante
La classification actuelle • Par numéro atomique Z croissant • Met en évidence les comportements chimiques similaires des éléments lorsque Z croît
Exemple : les 3 métaux Li, Na, K • Ils sont moins denses que l’eau • Ils sont mous • Ils possèdent une température de fusion basse • Ils réagissent avec l’eau et donnent des hydroxydes solides, blancs, translucides et corrosifs • 2Li+2H2O -> 2LiOH+H2 • 2Na+2H2O -> 2NaOH+H2 • 2K+2H2O -> 2KOH+H2
Exemple : Mg, Ca, Sr, Ba • Ils s’enflamment de façon violente en présence de O2 pour former des oxydes cristallins • 2Mg+O2 -> 2MgO • 2Ca+O2 -> 2CaO • 2Sr+O2 -> 2SrO • 2Ba+O2 -> 2BaO
Exemple : F, Cl, Br, I • Aux température et pressions usuelles ils sont présents sous forme moléculaire : F2, Cl2, Br2, I2 • Ils s’associent avec Na pour former des solides • 2Na + F2-> 2NaF • 2Na + Cl2-> 2NaCl • 2Na + Br2-> 2NaBr • 2Na + I2-> 2NaI
Le tableau périodique a une structure en lignes et colonnes (groupes) • Tous les éléments possédant une réactivité analogue (même types de réactions chimiques) se trouvent dans une même colonne
La classification périodique est reliée à la structure électronique des éléments • Application : donner la structure électronique des 3 premières lignes
Tous les éléments ont le même nombre d’électrons sur leur couche électronique externe • Tous les éléments d’une colonne donnent le même type d’ion