cours atome 2008

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¾¾ACTIVITE-COURS : ATOMES ET ELEMENTS CHIMQUES 1/6 SECONDE Activité-cours Atomes et éléments chimiques Objectifs • Connaître les constituants de l’atome. • Connaître les ordres de grandeur de la dimension d'un atome et de son noyau. • Savoir définir le numéro atomique Z d’un atome. A• Connaître la signification de la représentation symbolique X pour un atome et savoir l’utiliser pour Zdéterminer la composition de l’atome, sa charge électrique et sa masse. • Savoir que l'atome est électriquement neutre et qu’il contient alors autant d’électrons que de protons. • Connaître la définition d’un ion monoatomique. • Connaître d'un élément chimique. • la définition des isotopes d’un élément chimique. Les propriétés de la matière s'expliquent en considérant que celle-ci est constituée de particules extrêmement petites à notre échelle, appelées les atomes du grec « atomos » qui signifie indivisible. Les connaissances sur l’atome reposent sur des « modèles », c’est à dire des descriptions de l’atome reposant sur des hypothèses plus ou moins complexes. Les modèles de l’atome ont évolué depuis la plus Haute Antiquité et évoluent toujours selon les recherches effectuées dans les laboratoires de recherche. On peut citer comme premiers modèles, ceux de Démocrite, de Dalton, de Thomson et de ...
Publié le : vendredi 23 septembre 2011
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ACTIVITE
-
COURS
:
ATOMES
ET
ELEMENTS
CHIMQUES
1/6
SECONDE
Activité-cours
Atomes
et
éléments
chimiques
Objectifs
Connaître
les
constituants
de
l’atome.
Connaître
les
ordres
de
grandeur
de
la
dimension
d'un
atome
et
de
son
noyau.
Savoir
définir
le
numéro
atomique
Z
d’un
atome.
Connaître
la
signification
de
la
représentation
symbolique
X
A
Z
pour
un
atome
et
savoir
l’utiliser
pour
déterminer la
composition
de
l’atome, sa
charge
électrique
et
sa
masse.
Savoir
que
l'atome
est
électriquement
neutre
et
qu’il
contient
alors
autant
d’électrons
que
de
protons.
Connaître
la
définition
d’un
ion
monoatomique.
Connaître
la
définition
d'un
élément
chimique.
Connaître
la
définition
des
isotopes
d’un
élément
chimique.
Les
propriétés
de
la
matière
s'expliquent
en
considérant
que
celle-ci
est
constituée
de
particules
extrêmement
petites
à
notre
échelle, appelées
les
atomes
du
grec
« atomos »
qui
signifie
indivisible. Les
connaissances
sur
l’atome
reposent
sur
des
« modèles », c’est
à
dire
des
descriptions
de
l’atome
reposant
sur
des
hypothèses
plus
ou
moins
complexes.
Les
modèles
de
l’atome
ont
évolué
depuis
la
plus
Haute
Antiquité
et
évoluent
toujours
selon
les
recherches
effectuées
dans
les
laboratoires
de
recherche. On
peut
citer
comme
premiers
modèles, ceux
de
Démocrite, de
Dalton,
de
Thomson
et
de
Rutherford. Actuellement
le
modèle
le
plus
élaboré
est
le «
modèle
quantique. »
Dans
le
cours
de
Seconde, seule
la
connaissance
d’un
modèle
très
simplifié
de
l’atome
est
exigible.
1. Structure
de
l’atome
¾
La
charge
électrique : charge
élémentaire
La
matière
est
formé
de
deux
sortes
d’électricité : une
électricité
positive
et
une
électricité
négative
:
deux
objets
chargés
d’électricité
de
même
signe
se
repoussent
.
deux
objets
chargés
d’électricité
de
signe
contraires
s’attirent
.
L’électricité
portée
par
un
objet
est
mesurable : sa
mesure
est
appelée
charge
électrique.
L’unité
internationale
de
charge
électrique
est
le
coulomb
de
symbole
C
.
En
1917, le
physicien
anglais
Millikan
montra
expérimentalement
que :
Toute
charge
électrique
est
un
multiple
entier
relatif
d'une
charge
électrique
e
positive
appelée
charge
élémentaire.
valeur
de
la
charge
élémentaire =
e
= 1,6.10
-19
C
¾
L’atome, édifice
microscopique
chargé
d’électricité
Un
atome
est
une
entité
chimique
constituée
de
particules
chargées
d’électricité
:
le
noyau, chargé
positivement
qui
constitue
le
coeur
de
l’atome
,
assimilable
à
une
petite
sphère
dont
le
rayon
de
l’ordre
de
grandeur
du
femtomètre
ordre
de
grandeur
du
rayon
du
noyau
1 fm = 10
-15
m
les
électrons
chargés
négativement
en
mouvements
complexes
autour
du
noyau
dans
un
espace
vide
de
matière
.
Les
électrons
sont
attirés
en
permanence
par
le
noyau
( charges
électriques
de
signes
contraires )
et
sont
donc
retenus
par
lui, ce
qui
assure
la
cohésion
de
l’atome.
L’atome
est assimilable à une sphère
dont le rayon est
de l’ordre de 0,1nm (1nm=10
-9
m).
ordre de
grandeur
du
rayon
de
l’atome
atome
0,1 nm = 10
-10
m
Noyau
de
l’ordre du
fm
chargé +
Electron
chargé -
rayon atomique
l’ordre du
nm
ACTIVITE
-
COURS
:
ATOMES
ET
ELEMENTS
CHIMQUES
2/6
SECONDE
¾
Electroneutralité
d’un
atome
Un
atome
a
une
charge
électrique
totale
nulle :
on
dit
qu’il
est
électriquement
neutre.
On
peut
donc
écrire :
charge
électrique
totale
des
électrons +
charge
électrique
totale
du
noyau
= 0
coulomb
¾
Structure
lacunaire
de l’atome
Calculer
l’ordre
de grandeur
du
rapport
entre
le
rayon
de
l’atome
et
celui
de
son
noyau.
Le
rayon
de
l’atome
est
environ
………………………
fois
plus
…………..
que
celui
de
son
noyau.
Si
le
noyau
était
de
la
dimension
d’une
balle
de
ping-pong
assimilable
à
une
sphère
de
1 cm
de
rayon, quelle
serait
la
taille
de
l’atome ?
Conclure
en
complétant
la
phrase
ci-après.
L’atome
est
…………………………
fait
de …………. : on
dit
qu’il
a
une
structure
………………….
Quel
modèle
que
vous
connaissez
vient
confirmer
ce
résultat ?
2. Composition
de
l’atome ; charges
des
constituants
¾
Les
constituants
du
noyau
atomique
Le
noyau
atomique
est
constitué
de
particules
appelées
« les
nucléons »
(*).
Le
nombre
de
nucléons
est
appelé
A
.
Il
y
a
deux
types
de
nucléons
:
les
protons
et
les
neutrons.
™
Les
protons
sont chargés
positivement
:
charge
d’un
proton
=
+
e
=
+
1,6.10
-19
C
Le
nombre
de
protons
est
noté
Z
:
on
l’appelle
numéro
atomique
ou
nombre
de
charge
.
™
Les
neutrons
portent
une
charge
nulle
:
charge
d’un
neutron = 0
C.
Le
nombre
de
neutrons
est
noté
N
.
On
a
donc :
A = Z +
N
(*) nucléons
vient
du
latin
nucleus
.
¾
Les
électrons ; leurs
nombres
dans
un
atome
charge
d’un
électron = - e
= - 1,6.10
-19
C
Questions
1.
Exprimer
la
charge
totale
du
noyau
à
l’aide
du
nombre
Z
et
de
la
charge
élémentaire
e
:
charge
(noyau ) = ………………
2.
En
tenant
compte
du
fait
que
l’atome
est
électriquement
neutre, exprimer
alors
la
charge
totale
des
électrons:
charge
totale ( électrons )
= ……………………
3.
Soit
N
e
le
nombre
d’électrons. Que
vaut
N
e
? Justifier
très
brièvement.
Un
atome
étant
électriquement
neutre, il
contient
autant
……………………………..
que
………………………… : il
contient
donc
……. électrons
.
¾
Symbole
chimique
d'un
atome
.
Il
y
a
deux
types
de
symboles
pour
un
atome :
™
des
symboles
à
une
lettre
majuscule : donner
trois
exemples.
™
des
symboles
à
deux
lettres
(
une
lettre
majuscule
suivi
d’une
lettre
minuscule ) : donner
trois
exemples.
+
+
+
+
+
+
+
+
proton
neutron
ACTIVITE
-
COURS
:
ATOMES
ET
ELEMENTS
CHIMQUES
3/6
SECONDE
¾
Représentation
symbolique
d’un
atome
Un
atome
de
symbole
X
est
représenté
conventionnellement
comme
suit :
X
A
Z
nucléons
de
nombre
protons
de
nombre
Application 1
: Le
noyau
schématisé
plus
haut
est
un
noyau
d’atome
d’oxygène.
1.
Quelle
est
la
composition
de
cet
atome
d’oxygène ( protons, neutrons, électrons ) ?
2.
Donner
sa
représentation
symbolique
de
cet
atome.
3.
Quelle
est
la
charge
électrique
de
son
noyau
en
unité
e,
puis
en
coulomb ?
4.
Quelle
est, en
unité
e
, puis
en
coulomb, la
charge
électrique
du
cortège
électronique ( charge
totale
des
électrons ).
5.
Quelle
est
la
charge
totale
de
l’atome?
Application
2
Donner
la
composition
des
atomes
suivants :
U
O,
Cu,
235
92
18
8
63
29
Application 3
Sachant
que
le
noyau
d'un
atome
de
carbone ( symbole
C ) contient
14
nucléons
dont
8
neutrons, écrire
la
représentation
symbolique
de
cet
atome
de
carbone.
3. Masse
de
l’atome
Le
tableau
ci-après
donne
les
masses
des
constituants
de
l’atome
.
Particule
électron
proton
neutron
Masse
en
kg
m
e
=
9,1.10
-31
kg
m
p
=
1,673.10
-27
kg
m
n
=
1,675.10
-27
kg
1.
Comparer
la
masse
d’un
proton
à
celle
d’un
neutron. Donner
la
valeur
de
la
masse
d’un
nucléon avec
3
chiffres
significatifs.
2.
En
utilisant
le
résultat
précédent, donner
une
estimation
de
la
masse
du
noyau
de
l’atome
d’oxygène
O
18
8
.
3.
Faire
le
rapport
entre
la
masse
d’un
nucléon
et
celle
d’un
électron ( donner
le
résultat
avec
deux
chiffres
significatifs). Conclure.
4.
Poser
un
calcul
le
plus
rigoureux
possible
de
la
masse
d’un
atome
d’oxygène
O
18
8
. En
utilisant
ce
qui
précède,
donner
une
valeur
approchée
de
la
masse
de
cet
atome. De
quelle
masse
est-elle
voisine ? Quelle
approximation
a-t-
on
faite
dans
le
calcul ?
La
masse
d’un
électron
est
environ
…………………… fois
plus
…………
que
celle
d’un
nucléon :
La
masse
d’un
électron
est
……….……………
devant
la
masse
d’un
nucléon.
La
masse
d’un
atome
est
quasiment
égale
à
la
masse
……………………………………………
La
masse
d’un
atome
est
essentiellement
concentrée
dans
son ……………………………………
ACTIVITE
-
COURS
:
ATOMES
ET
ELEMENTS
CHIMQUES
4/6
SECONDE
4.
Les
ions
monoatomiques
¾
Définition
Un
ion
monoatomique
est
un
édifice
constitué
par
un
atome
qui
a
perdu
ou
gagné
un
ou
plusieurs
électrons.
¾
Si
un
atome
gagne
un
ou
plusieurs
électrons
, sa
charge
totale
devient
……………. :
l’édifice
obtenu
est
appelé
un
………………..
¾
Si
un
atome
perd
un
ou
plusieurs
électrons
, sa
charge
totale
devient
……………….
: on
l’appelle
un
………………..
Application
1
L’ion
cuivre
(II)
est
un
ion
monoatomique
obtenu
en
enlevant
deux
électrons
à
un
atome
de
cuivre
Cu
( de
numéro
atomique
29).
1.
Combien
l’ion
cuivre
(II)
contient-il
de
protons
et
d’électrons ?
2.
Calculer, en
unité
e, la
charge
électrique
du
noyau
de
l’ion
cuivre (II)
et
celle
de
son
cortège
électronique.
3.
Calculer
alors
la
valeur
de
la
charge
totale
de
l’ion
cuivre (II)
en
unité
e
.
4.
L’ion
cuivre
(II)
est
noté
Cu
2+
.Expliquer
brièvement
cette
notation.
Application
2
L’ion
sulfure
est
un
ion
monoatomique
obtenu
en
rajoutant
deux
électrons
à
un
atome
de
soufre
S
( de
numéro
atomique
16 ).
1.
Quelle
est
la
charge
du
noyau
de
cet
ion, en
unité
e?
2.
Quelle
est
la
charge
de
son
cortège
électronique ?
3.
Calculer
alors
la
charge
totale
de
l’ion
sulfure?
En
déduire
la
formule
chimique
de
l’ion
sulfure.
¾
Les
composés
ioniques
Un
composé
ionique
est
une
espèce
chimique
constituée
d’ions
positifs
et
d’ions
négatifs, l’ensemble
étant
la
plupart
du
temps
électriquement
neutre
.
Application
1
: l’oxyde
de
cuivre
(I)
est
composé
d’ions
cuivre (I)
Cu
+
et
d’ions
O
2-
.
1.
Quelle
doit
être
la
proportion
d’ions
Cu
+
et
d’ions
O
2-
dans
un
échantillon
d’oxyde
de
cuivre (I)
pour
que
cet
échantillon
soit
électriquement
neutre ?
2.
La
formule
chimique
de
l’oxyde
de
cuivre (I)
est
Cu
2
O. Expliquer
cette
formule.
Application 2 :
L’oxyde
de
fer(III)
est
une
espèce
chimique
contenant
des
ions
fer(III)
Fe
3+
et
des
ions
O
2-
.
En
utilisant
l’application
1, écrire, en
la
justifiant, la
formule
chimique
de
l’oxyde
de
fer(III).
5. L'élément
chimique
a. Retour
sur
le
TP
de
chimie
N° 6 : notion
expérimentale
d’élément
chimique
Compléter
l’organigramme
suivant
qui
rappelle
les
résultats
des
expériences
réalisées
lors
du
TP
« l’élément
cuivre ».
ACTIVITE
-
COURS
:
ATOMES
ET
ELEMENTS
CHIMQUES
5/6
SECONDE
1.
Comment
s’est
on
aperçu
expérimentalement
qu’il
y
avait
quelque
chose
de
commun
à
toutes
les
espèces
chimiques
recensées
dans
l’organigramme ?
2.
Ce
qu’il
y
a
expérimentalement
de
commun
entre
les
diverses
espèces
chimiques
rencontrées
lors
du
TP, est
appelé
élément
cuivre.
Rappeler
les
noms
et
les
formules
des
espèces
chimiques
rencontrées.
3.
En
tenant
compte
des
composés
ioniques
( électriquement
neutres) mis
en
jeu, dire
sous
quelles
formes
microscopique
on
a
rencontré
l’élément
cuivre
lors
du
TP.
4.
Quelles
sont, donc
à votre
avis
les
particules
de
l'atome
de
cuivre
qui
sont
intervenues
dans
les
réactions
chimiques
du
TP ?
5.
Quelle
est , semble-t-il, la
partie
des
atomes
de
cuivre
restée
intacte
dans
l'ensemble
des
réactions
du
TP ?
6.
Un
atome
de
cuivre
peut
contenir
34, 35
ou
36
neutrons. Qu'est-ce
qui, à
votre
avis, est
susceptible
de
caractériser
l'élément
cuivre
d’un
point
à
l’échelle
microscopique ?
b. Définition
d’un
élément
chimique
De
la
conclusion
du
questionnaire
précédent, retenons
la
définition
d’un
élément
chimique.
Un
élément
chimique
e
s
t
l'ensemble
de
tous
les
atomes
ou
ions
ayant
le
même
nu………………………………………………
, c'est
à
dire
possédant
le
même
nombre
de
………………..
.
Tout
numéro
atomique
définit
de
façon
biunivoque
l’élément
chimique
et
le
symbole
de
cet
élément
.
Ainsi
la
donnée
du
numéro
atomique
Z= 9
définit
sans
ambiguité
l’élément
fluor
de
symbole
F
.
Exemples
Numéro
atomique
Z
1
2
6
8
92
Nom
de
l’élément
chimique
hydrogène hélium carbone oxygène uranium
Symbole
H
He
C
O
U
Il
existe
actuellement
environ
114
éléments
chimiques
connus. Tous
les
éléments
de
numéros
atomiques
inférieurs
à
92
sont
naturels. Au-delà
de
92, les
éléments
chimiques
sont
artificiels
c'est
à
dire
sont
fabriqués
dans
les
laboratoires
de
physique
nucléaire ( accélérateurs
de
particules
par
exemple ).
c. Conservation
des
éléments
chimiques
Lors
du
TP
de
chimie
N°6, l’élément
cuivre
était
toujours
présent
lors
des
diverses
réactions
mises
en
jeu: il
se
retrouvait
toujours
sous
forme
atomique
Cu, présent
dans
le
métal
cuivre, ou
ionique, Cu
2+
présent
dans
les
divers
composés
ioniques
formés
au
cours
des
transformations
chimiques
mises
en
jeu.
Il
en
est
de
même
de
tous
les
éléments
chimiques
mis
en
jeu
dans
toute
transformation
chimique : les
éléments
chimiques
se
trouvent
dans
divers
états
( combinés
à
d’autres
atomes, ionique, …
) dans
les
réactifs et
les
produits.
On
dit
qu’il
y a
conservation
des
éléments
chimiques.
Un
élément
chimique
se
conserve
au
cours
d'une
réaction
chimique
, ce
qui
signifie
que
le
nombre
de
protons
d'un
atome
de
cet
élément
reste
inchangé
au
cours
d'une
transformation
chimique
.
Seuls
les
électrons
d’un
atome
interviennent
au
cours
d’une
transformation
chimique
.
Remarque
: les
transformations
qui
affectent
le
noyau
de
l'atome
sont
appelés
transformations
nucléaires
: il
n'y
a
alors
pas
conservation
des
éléments
chimiques
au
cours
de
transformations
nucléaires, car
ce
sont
les
noyaux
eux-
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