Activité : Les gaz nobles-règle du duet et de l`octet
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Activité : Les gaz nobles-règle du duet et de l’octet-formation des ions I) DOCUMENTS Document 1 : Les gaz nobles Jusqu'à la fin du XIXème siècle, pour les scientifiques, l’air été constitué uniquement d’azote et d’oxygène. C’est seulement en 1893 que le physicien anglais John William Strutt, Lord Rayleigh (1842-1919) suspecta la présence d’un autre gaz dans un échantillon d’azote extrait de l’air et c’est au chimiste anglais, William Ramsay (1852-1916) que l’on doit d’avoir isolé les gaz nobles. En faisant réagir un métal comme le calcium avec un échantillon de diazote provenant de l’air, Ramsay constata que près d’un pour cent (en volume) du gaz ne donnait lieu à aucune réaction. Si le diazote avait été pur, il aurait réagi complètement. A cause de l’inertie de ce gaz, Ramsay lui donna le nom d’argon, du mot grec signifiant paresseux. En outre, il découvrit que le gaz résiduel était constitué de 5 composants. A côté de l’Argon, il y avait aussi, mais en quantités beaucoup plus faibles, de l’hélium (soleil), du néon (nouveau), du krypton (caché) et du xénon (étrange). En 1904, pour ces découvertes, lord Rayleigh reçu le prix Nobel de physique et Ramsay, le prix Nobel de chimie. Lord Rayleigh Sir William Ramsay Comme Ramsay l’a déterminé il y a plus d’un siècle déjà, il y a donc près de 1% de gaz nobles dans l’atmosphère Toutefois il s’agit essentiellement d’argon (9300 ppm*). Les autres gaz nobles sont présents mais en très faibles quantités. Ces faibles quantités justifient le fait qu’on désigne encore souvent ces gaz sous le nom de « gaz rares ». *L’unité ppm représente des parts par millions ; ainsi 9300 ppm d’argon signifie que, par lot de 1 million d’entités, 9300 de celles-ci sont des atomes d’argon. D’après Mc QUARRIE et ROCK, traduction P.DEPOVERE, chimie générale, Bruxelles, DE Bœck Université, p. 965, 1992 Document 2 A l’état naturel, seuls les éléments tels que l’hélium, le néon l’argon… existent à l’état atomique : ils sont appelés gaz nobles, parce qu’ils sont gazeux dans les conditions ordinaires de température et de pression et qu’ils ne se combinent chimiquement avec quasiment aucune autre espèce. C’est pour cela que les gaz nobles furent longtemps appelés « gaz inertes ». N.B. Malgré la très grande stabilité du Xénon, en 1962 Neil Bartlett réussi à synthétiser des composés du xénon et du fluor (XeF2, XeF4). D’après Physique Chimie 2nde aux éditions hachette éducation, édition 2010 Page 1 sur 3 II) ACTIVITE 1. Pourquoi Ramsay donna-t-il au gaz qu’il découvrit le nom d’Argon, signifiant paresseux en grec ? Pourquoi les gaz nobles sont-ils aussi parfois appelés « gaz rares » ou « gaz inertes » ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. Compléter le tableau ci-dessous en indiquant la formule électronique des gaz noble hélium (He), Néon (Ne) et argon (Ar) Atome de gaz noble Z Formule électronique Hélium (He) 2 Néon (Ne) 10 Argon (Ar) 18 Krypton (Kr) 36 K2L8M18N8 2 8 18 18 8 Xénon (Xe) 54 KLM N O 3. Que constate-on en ce qui concerne la structure de la couche électronique externe des gaz rares ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4. On constate qu’au cours des transformations chimiques l’atome de lithium Li (Z=3) à tendance à former l’ion lithium Li+. De même l’atome de magnésium Mg (Z=12) à tendance à former l’ion magnésium Mg2+. L’atome d’aluminium Al (Z=13) à tendance à former l’ion aluminium Al3+ et l’atome de soufre S (Z=16) à tendance à former l’ion sulfure S2-. Compléter le tableau ci-dessous. Atome Formule électronique de l’atome Ion correspondant Formule électronique de l’ion correspondant ion lithium Li+ ion magnésium Mg2+ ion aluminium Al3+ ion sulfure S2- lithium Li (Z=3) magnésium Mg (Z=12) aluminium Al (Z=13) soufre S (Z=16) 5. Que constate-t-on en ce qui concerne la structure électronique externe des ions figurant dans le tableau ci-dessus ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 6. En fait les structures électroniques externes en duet et en octet sont particulièrement stables. Expliquer alors pourquoi les atomes de lithium, magnésium, aluminium et oxygène ont plutôt tendance à former respectivement les ions Li+, Mg2+, Al3+ et S2- que, par exemple, les ions Li2+, Mg- , Al+ ou S3…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Page 2 sur 3 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 7. Recopier ci-dessous la règle du duet et de l’octet se trouvant § 2.2 à la page 73 de votre livre. .…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… .…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… .…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 8. En utilisant la règle du duet et de l’octet prévoir la formule chimique des ions formés par les atomes suivants : beryllium (Be; Z= 4); fluor (F ; Z= 9) ; sodium (Na ; Z=11); calcium (Ca ; Z=20); oxygène (O ; Z= 8) ; chlore (Cl ; Z=17). …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Page 3 sur 3
