RAPPELS DE 2nde
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769785209 Page 1 sur 5 RAPPELS DE 2nde QUELQUES ASPECTS DE LA MATIERE : ATOMES - MOLECULES – IONS 1- LES CONSTITUANTS DE LA MATIERE En classe de seconde nous avons vu que la matière était constituée de neutrons, de protons et d'électrons. Particule Charge Masse neutron 0 mn = 1,675 10 - 27 kg proton +e mp = 1,673 10 - 27 kg électron -e me = 9,109 10 - 31 kg La charge élémentaire, en coulomb, est e = 1,603 10 - 19 (C). Toute charge électrique est un multiple de cette charge élémentaire. 2- LES ATOMES Un atome est constitué d'un noyau central et d'un nuage électronique. 2-1 Le noyau Par exemple, l'atome de chlore possède un noyau central contenant Z=17 protons positifs et N=18neutrons. Le nombre de nucléons est donc A = Z + N = 17 + 18 = 35. On symbolise ce noyau par . Z = 17 est également appelé le numéro atomique. C'est le numéro de la case du tableau périodique des éléments dans laquelle se trouve le chlore. 2-2 L'atome. Loin du noyau se trouve le nuage électronique. Un atome étant électriquement neutre possédera autant d'électrons négatifs dans le nuage électronique que de protons positifs dans le noyau. Le diamètre d'un noyau est de l'ordre de 10 - 15 m. Le diamètre d'un atome est de l'ordre de 10 - 10 m. L'atome de chlore possédant 17 protons positifs p + dans le noyau aura donc 17 électrons négatifs e répartis sur trois couches (K)2, (L)8, (M)7, loin du noyau. REGLE : La couche n (entier) contient au maximum 2 n² électrons. La couche n = 1 (K) contient au maximum 2 1² = 2 électrons. La couche n = 2 (L) contient au maximum 2 2² = 8 électrons. La couche n = 3 (M) contient au maximum 2 3² = 18 électrons. La couche . . . contient au maximum . . . 769785209 Page 2 sur 5 2-3 Quelques atomes : Le modèle de Lewis d'un atome ne représente que la couche externe du nuage électronique. Remarque : Tous les atomes de même numéro atomique Z ont le même nom et le même symbole : ils appartiennent au même élément. On les appelle des isotopes. C'est le cas des atomes et . Un élément est donc caractérisé par son symbole et son numéro atomique Z. 2-4 Classification périodique des éléments On donne un tableau simplifié en se limitant aux trois premières lignes 1H 2He 3Li 4Be 5B 6C 7N 8O 9F 10Ne 11Na 12Mg 13Al 14Si 15P 16S 17Cl 18Ar - Un élément de la 3° ligne possède 3 couches d'électrons (K) 2 (L)8 (M)... - Un élément de la 7° colonne possède 7 électrons sur sa couche externe. 3- REGLE DE L’OCTET ET DU DUET. LES MOLECULES ET LES IONS. Les atomes de la dernière colonne de la classification périodique possèdent huit électrons (un octet) sur leur couche externe, à l'exception de l'atome d'hélium He qui possède deux électrons (un duet) sur sa couche K : He : (K)2 Ne : (K)2 (L)8 Ar : (K)2 (L)8 (M)8 Kr : (K)2 (L)8 (M)18(N)8 ... Ces gaz nobles sont stables. Lors de transformations chimiques, les atomes évoluent pour acquérir la structure électronique du gaz noble le plus proche d'eux dans le tableau périodique. Ils acquièrent ainsi une plus grande stabilité. Ils obéissent soit à la règle du duet, soit à la règle de l'octet 3-1 Règle du duet - Règle de l’octet. Règle du duet : Les atomes proches de l'hélium évoluent pour acquérir deux électrons externes. Règle de l'octet : Les autres atomes évoluent pour acquérir huit électrons sur leur couche externe. Ces évolutions aboutissent à des molécules ou à des ions. 769785209 Page 3 sur 5 3-2 Les molécules a- Représentation de Lewis Pour former une molécule, les atomes s'associent en formant des liaisons covalentes. Une liaison covalente est formée par un doublet liant résultant de la mise en commun de deux électrons fournis par chacun des atomes liés. Cette liaison est représentée par un trait entre les deux atomes liés. Un doublet de la couche externe d'un atome qui ne sert pas à établir une liaison avec un atome voisin est un doublet non liant. Il est également représenté par un tiret proche de l'atome. Le modèle de Lewis représente la molécule dans un plan. On y place tous les doublets liants et non liants. Voici quelques exemples : Ce modèle plan de Lewis indique quels sont les atomes qui sont liés dans la molécule, mais il ne donne aucune indication sur la répartition des atomes dans l'espace à trois dimensions. Le modèle de Cram permet, lui, de modéliser la géométrie spatiale de la molécule. b- Représentation de Cram Conventions : Les liaisons entre atomes sont modélisées de la façon suivante (représentation de Cram) : Chaque trait représente un doublet liant (2 électrons fournis, l'un par l'atome C, l'autre par l'atome H). 769785209 Page 4 sur 5 - Les atomes C : (K)2 (L)4 H : (K)1 O : (K)2 (L)6 N : (K)2 (L)5 donnent naissance à de nombreuses molécules dans lesquelles l'atome H satisfait à la règle du duet alors que les atomes C, O et N satisfont à la règle de l'octet. Cette représentation de Cram, que doit précéder la représentation de Lewis, s'obtient en tenant compte du fait que les doublets liants ou non liants, formés de deux électrons négatifs, se repoussent électriquement et se placent de façon à être le plus éloignés possibles les uns des autres. La molécule d'eau représentée ci-dessous contient 2 doublets liants et 2 doublets non liants. La molécule d'ammoniac contient 3 doublets liants et 1 doublet non liant. L'atome d'hydrogène forme une liaison avec son voisin, il est dit monovalent. L'atome d'oxygène forme deux liaisons avec son ou ses voisins, il est divalent. L'atome d'azote, présent dans l'ammoniac, forme trois liaisons avec ses voisins, il est trivalent. L'atome de carbone forme quatre liaisons avec ses voisins, il est dit tétravalent. L'atome de carbone est digonal (deux cotés) s'il est lié à deux voisins, trigonal (trois cotés) s'il est lié à trois voisins, tétragonal (quatre cotés) s'il est lié à quatre voisins. Mais il est toujours tétravalent car il est entouré de quatre liaisons. Remarque : - Une liaison multiple est assimilée à une liaison simple mais plus volumineuse et plus répulsive. - De nombreux autres exemples sont donnés dans la suite du cours. Tous ces exemples satisfont à la règle de l'octet et du duet. - Dans l'enseignement post baccalauréat on rencontrera des composés chimiques que ne satisfont pas à la règle de l'octet. 769785209 Page 5 sur 5 Exercice corrigé : Représenter les modèles de Lewis des molécules d'éthane et de dichloroéthane. Il existe le 1, 1-dichloroéthane et le 1, 2-dichloroéthane. 3-3 Les ions simples - L'atome de lithium Li : (K)2 (L)1 donne naissance à l'ion stable Li + : (K)2 à comparer à He : (K)2. - L'atome d'hydrogène H : (K)1 donne rarement naissance à l'ion H - : (K)2 à comparer à He : (K)2. - L'atome d'hydrogène H : (K)1 donne souvent naissance à l'ion H + : (K)0 (exception à la règle du duet). - L'atome d'oxygène O : (K)2 (L)6 donne naissance à l'ion stable O - - : (K)2 (L)8 à comparer à Ne : (K)2 (L)8. 3-4 Nous citerons quelques ions complexes. - L'ion oxonium (ou hydronium) H3O+ : - L'ion hydroxyde HO - : - L'ion ammonium NH4+ :
