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Clarification conceptuelle à l’usage du professeur
Table des matières
1. Difficulté spécifique aux apprentissages en chimie ..................................................................... 1
2. Objets macroscopiques ............................................................................................................... 2
2.1. Corps purs et mélanges ...................................................................................................... 2
2.2. Solution, soluté, solvant ....................................................................................................... 2
2.3. Concentration massique ...................................................................................................... 3
2.4. Notion d’élément .................................................................................................................. 3
3. Objets microscopiques ................................................................................................................ 3
3.1. Molécules et atomes ............................................................................................................ 3
3.2. Caractéristiques de l’atome ................................................................................................. 4
3.3 Ecriture symbolique des atomes et des molécules .............................................................. 6
4. Tableau périodique des éléments chimiques .............................................................................. 6
4.1. Structure générale du tableau périodique des éléments ..................................................... 8
4.2. Les corps métalliques et les corps non métalliques dans le tableau périodique ................ 9
4.3. Le tableau périodique et le modèle de Bohr ...................................................................... 10
Références ......................................................................................................................................... 12
Annexe 1. Les modèles de l’atome .................................................................................................... 13
Annexe 2. La taille d’un atome........................................................................................................... 21
HGT - SCB
Chimie
UAA1

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1. Difficulté spécifique aux apprentissages en chimie
La chimie est la science de la matière et de ses transformations. Le monde de la chimie englobe donc
tous les matériaux qui nous entourent – les cailloux que nous foulons, la nourriture que nous mangeons,
la chair dont nous sommes faits et le silicium que nous introduisons dans les ordinateurs.
L’établissement de connexions entre les phénomènes que nous observons autour de nous et les
explications qu’en donne le chimiste en termes d’atomes, de molécules et d’énergie est l’une des
difficultés rencontrées lors des apprentissages. La difficulté est donc de développer l’aptitude à relier ce
que nous voyons à ce que nous pouvons imaginer sur la façon dont les choses se passent au niveau
microscopique.
Lors d’un exposé présenté au Congrès des sciences, en 2012, Jeremy Dehon et Philippe Snauwaert
(UNamur) ont clairement montré l’existence, pour décrire un phénomène chimique, de 3 niveaux de
savoirs entre lesquels on demande à l’élève de naviguer. Souvent, le professeur passe implicitement
d’un niveau à l’autre et l’élève ne sait pas alors à quel niveau il se situe.
Le schéma ci-dessous montre ces 3 niveaux de savoirs. Il s’inspire librement du schéma proposé lors
du Congrès des sciences de 2012.
Il serait pertinent, pour chaque étape d’apprentissage, d’expliciter, pour les élèves, le niveau dans lequel
on se situe.
Monde perceptible
Domaine concret des
expériences
Niveau macroscopique
Transformation chimique
Mode de représentation : image,
film, tableau, description ...
Monde construit
Domaine abstrait de la modélisation
Niveau microscopique
Réaction chimique faisant
intervenir molécules, atomes, ions
…
Mode de représentation : écriture
nominative de la réaction
chimique, icones …
Niveau symbolique
Equation chimique pondérée
faisant intervenir des formules
chimiques
Mode de représentation : symboles
(chimiques et mathématiques)
Dans cette première UAA, les élèves observeront des objets, des matériaux (niveau macroscopique).
Ils décriront leurs caractéristiques et leurs utilisations (C2). Ils feront appel à leurs connaissances
acquises au premier degré pour déterminer s’il s’agit d’un mélange ou d’un corps pur. On peut réactiver
ces notions par une activité documentaire ou expérimentale (voir FA1). Ils manipuleront des substances
chimiques pour constituer un mélange homogène lorsqu’ils prépareront une solution (A1). La
concentration massique de celle-ci la caractérise d’un point de vue quantitatif.
Lorsqu’ils modélisent la matière, en représentant les entités (molécules ou atomes) par des triangles
par exemple, ils passent au niveau microscopique (C1). S’ils écrivent la formule chimique de la molécule
ou le symbole de l’atome, ils sont dans le registre symbolique (C3).
Enfin, ils illustreront la difficulté qu’ont eue les scientifiques à passer du monde macroscopique au
domaine abstrait de la modélisation en parcourant l’histoire du modèle atomique.

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2. Objets macroscopiques
2.1. Corps purs et mélanges
La matière est ce qui compose tout corps, elle forme les êtres vivants, les astres, l’atmosphère, les
montagnes, les vêtements que nous portons, les objets que nous touchons, …. La matière occupe de
l'espace et possède une masse. Ainsi, en physique, tout ce qui a une masse est de la matière.
En chimie, cette matière se classe en plusieurs catégories selon sa composition. On la trouvera sous
forme de corps pur (une pépite d’or, un clou en fer, une craie en carbonate de calcium, …) ou sous
forme de mélange (les alliages comme le bronze, la mayonnaise, un pot de peinture, …).
Un corps pur est constitué d’une seule substance chimique identifiée par sa formule chimique.
Un mélange est un ensemble formé de deux ou plusieurs corps purs, chacun des constituants
conservant ses propriétés de départ.
Scientifiquement, un mélange est dit homogène s’il possède les mêmes propriétés en tout point. A ce
niveau, on considèrera un mélange comme homogène si ses constituants ne sont pas visibles à l’œil
nu.
Scientifiquement, un mélange est dit hétérogène s’il ne possède pas les mêmes propriétés en tout point.
A ce niveau, on considèrera un mélange comme hétérogène si ses constituants sont visibles à l’œil nu.
Certaines techniques physico-chimiques telles que la chromatographie sont utilisées pour déterminer si
une matière est un corps pur ou un mélange.
Une grande partie du travail du chimiste consiste à séparer les différents constituants d’un mélange par
des techniques comme la filtration, la distillation ou encore la chromatographie.
2.2. Solution, soluté, solvant
Une solution est le mélange homogène obtenu par dissolution d’une substance
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, appelée soluté dans
une autre, appelée solvant. Généralement, le solvant utilisé est l’eau : on parle alors de solution
aqueuse.
Le soluté est la substance qui se dissout.
Le solvant est la substance qui dissout.
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On peut considérer les termes « corps pur » et « substance » comme synonymes. Le terme « produit chimique » est à éviter
en raison de l’ambiguïté lorsque l’on parlera de réaction chimique et que l’on identifiera des substances comme réactifs et d’autres
comme produits.
Corps pur
Corps pur simple
Corps pur composé
Corps pur
simple
élémentaire
Corps pur
simple
moléculaire
Corps pur
composé
minéral
Corps pur
composé
organique

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2.3. Concentration massique
La concentration massique d’une solution est la masse m de soluté dissoute dans un volume V de
solution. Cette grandeur physique, notée γ, est une grandeur caractéristique d’une solution donnée : si
l’on verse un peu de cette solution dans deux récipients différents, la concentration massique de la
solution n’aura pas varié.
γ = m/V
Unité généralement utilisée en chimie : g/L (unité SI : kg/m3)
Pour faire varier la concentration massique d’une solution, il y a trois possibilités :
 par dissolution : augmenter la masse de soluté (on considère généralement que, dans ce cas, le
volume de la solution ne varie pas) et la concentration massique de la solution augmente;
 par dilution : augmenter le volume de solvant (d’eau) et la concentration massique de la solution
diminue.
 par évaporation : diminuer la quantité de solvant et la concentration massique augmente.
Exemples de solutions aqueuses utilisées dans la vie quotidienne :
L’eau minérale, l’esprit de sel, l’eau de Javel, …
La valeur de la concentration s’exprime dans des unités différentes en fonction du soluté. On parlera de
degré alcoolique pour les boissons alcoolisées, de titre pondéral pour l’esprit de sel, de degré
chlorométrique pour l’eau de javel, … Ces différentes façons de quantifier les caractéristiques d’une
solution seront vues dans les années suivantes en fonction des notions auxquelles elles se rapportent.
2.4. Notion d’élément
La notion d’élément renvoie au niveau macroscopique et au niveau microscopique.
Un élément est une collection d’entités qui ont toutes le même nombre de protons.
Au niveau macroscopique, c’est une substance chimique pure composée d’atomes ayant le même
nombre de protons dans le noyau atomique.
Au niveau microscopique, c’est une sorte d’atome : tous les atomes qui ont le même nombre de protons
au sein du noyau atomique sont le même élément. C’est dans ce sens que les chimistes parlent du
tableau périodique des éléments.
3. Objets microscopiques
3.1. Molécules et atomes
Une molécule est l’espèce chimique que l’on obtient à la limite de partage d’une substance. Une
molécule a des propriétés propres (par exemple liées à sa forme ou à sa composition).
Une molécule a généralement une dimension ultra petite, de l’ordre de 10-9 m : il faut toujours se rappeler
que, dans 18 g d’eau, il y a environ 6.1023 molécules d’eau !
Dans le cadre du cours de chimie en troisième année, une molécule se définit comme un
assemblage électriquement neutre d’atomes maintenus ensemble par une force que les chimistes
appellent liaison chimique.
Dans les manuels, on trouve d’autres définitions de la molécule :
- corpuscule obtenu à la limite de partage d’un corps
- association d’atomes
- la plus petite entité d’une substance possédant des propriétés qui seront responsables des
caractéristiques de cette substance

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L'assemblage d'atomes constituant une molécule n'est pas définitif, il est susceptible de subir des
modifications, c’est-à-dire de se transformer en une ou plusieurs autres molécules ; une telle
transformation est appelée réaction chimique. En revanche, les atomes qui la constituent sont
beaucoup plus stables, ils se conservent durant une réaction chimique car la transformation d'atomes,
appelée transmutation, nécessite des apports d'énergie beaucoup plus importants faisant l'objet des
réactions nucléaires.
Un corps pur est une matière formée soit de molécules identiques, soit d’atomes identiques, un mélange
est une matière formée de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses distinctes (qui
n’interagissent pas chimiquement). Les éléments mélangés peuvent être séparés par l’action d’un
procédé physique (filtration, décantation ou centrifugation, distillation, chromatographie).
Un corps pur simple est un corps pur dont les espèces constituantes sont composées d’un seul type
d’atome. Il peut être :
- élémentaire, c’est-à-dire que ses atomes ne forment pas de molécules (exemple : le fer, Fe)
- moléculaire (exemple : le dihydrogène, H2).
Un corps pur composé est un corps pur dont les molécules constituantes sont composées de deux ou
plusieurs types d’atomes. Généralement, on classe les corps purs composés en corps minéraux (eau,
acides, bases ou hydroxydes, oxydes et sels) et en corps organiques.
Un atome est l’espèce chimique composant la molécule. Bien entendu, un atome est encore plus petit
qu’une molécule : sa dimension est de l’ordre de l’Å (angström), soit 10-10 m.
Depuis quelques années, il est possible de mesurer la taille d’un atome, ou de compter leur nombre
dans un échantillon grâce à la microscopie à effet tunnel (voir annexe 2).
Depuis très longtemps, l’être humain tente de savoir de quoi est constituée la matière. Ce qui l’a conduit
à chercher de quoi est constitué un atome. Les scientifiques ont alors élaboré des modèles
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de l’atome
qui ont beaucoup évolué en fonction du contexte historique et des développements technologiques (voir
annexe 1).
Dans le tableau périodique des éléments, sont répertoriés les atomes existant dans l’Univers.
Cependant, certains ont une durée de vie très limitée. Celle-ci dépend des conditions dans lesquelles
se trouvent les atomes. Ainsi, sur Terre, beaucoup ne sont pas stables et ils ont réagi avec l’eau ou le
dioxygène par exemple.
Un ion est un atome qui a gagné ou perdu un ou des électron(s). Dans le cas d’un gain d’électrons,
l’ion est négatif, c’est un anion. Dans le cas d’une perte d’électrons, l’ion est positif, c’est un cation.
3.2. Caractéristiques de l’atome
Chaque atome, entité électriquement neutre, est caractérisé par :
 un nombre atomique, noté Z, qui correspond au nombre de protons de son noyau (c’est aussi le
numéro d’ordre de l’atome dans le tableau périodique) ;
 une masse atomique relative, notée Ar, qui est le rapport entre la masse de cet atome et la masse
d’un autre atome (à ce niveau, on citera l’atome d’hydrogène), choisie comme référence
3
. C’est le
rapport de deux grandeurs (deux masses) de même unité : c’est donc un nombre qui n’a pas d’unité ;
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Un modèle est une représentation simplifiée d’un objet, d’un phénomène ou d’un processus. En fonction de l’objectif poursuivi,
le scientifique décide quelles caractéristiques il va négliger pour construire son modèle. Un modèle peut être descriptif, explicatif
ou prédictif. Il sera d’autant plus utile qu’il permet de décrire, expliquer ou prévoir plus de phénomènes ou processus.
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A ce niveau, la masse atomique relative est souvent arrondie à l’unité : on désigne alors cette grandeur comme étant le nombre
de masse A, qui est en fait la somme des nombres de protons et de neutrons du noyau.