Cours de chimie 2nde

Cours de chimie 2nde - chapitre Univers 2 :
ATOMES ET ELEMENTS CHIMIQUES
1. Modèle de l'atome
L'atome est l'unité de base à partir de laquelle toute la matière de l'univers est constituée. La
représentation (modèle) de l'atome a considérablement évolué aux cours du temps (voir activité n° 1).
Le sens étymologique du mot atome (atomos = insécable) ne correspond pas à la réalité car on sait que
l'atome et lui-même constitué de particules plus petites : les protons, les neutrons et les électrons.
Particule
Masse (kg)
charge électrique (C)
électron
9,109. 10 -31
- 1,602. 10 -19
proton
1,673. 10 -27
+ 1,602. 10 -19
neutron
1,675. 10 -27
0
L'atome est assimilable à une sphère dont le rayon est de l'ordre de
10-10 m, soit 0,1 nm.
Les nucléons (protons + neutrons) constituent le noyau de l'atome. Le rayon du noyau est de l'ordre de
10-15 m ; il est environ 100 000 fois plus petit que celui de l'atome.
L'atome a une structure lacunaire : entre le noyau et les électrons, il y a essentiellement du vide.
La masse des neutrons est sensiblement la même que celle des protons. La masse des électrons est
négligeable devant celle des nucléons (environ 2000 fois plus petite).
La masse de l'atome est donc concentrée dans son noyau
matome mnoyau
Les électrons constituent le nuage électronique. Ils gravitent autour du noyau par lequel ils sont attirés.
Leur mouvement est complexe et extrêmement rapide. Il ne peut être décrit par les lois de la
mécanique classique.
Les protons portent une charge électrique élémentaire positive + e = 1,6. 10 -19 C. Le noyau est
chargé positivement.
Les électrons portent une charge électrique négative - e = - 1,6. 10 -19 C, opposée à celle du
proton.
Dans un atome isolé, le nombre d'électrons est égal au nombre de protons, ainsi il est électriquement
neutre.

2. Représentation symbolique
Chaque atome (ou noyau d'atome) est représenté par le symbole suivant :
A
Z
X
Z : numéro atomique (ou nombre de charges). Il s'agit du nombre de protons contenus dans le noyau de
l'atome.
A : nombre de nucléons (ou nombre de masse). Il s'agit du nombre de protons et de neutrons contenus
dans le noyau de l'atome.
Z et A sont liés par la relation : A = Z + N
N = nombre de neutrons contenus dans le noyau de l'atome.
X : symbole chimique de l'atome formé d'une ou deux lettres dont la première et une majuscule. Le
symbole chimique rappelle le nom français, latin ou étranger désignant l'atome.
Le symbole
A
Z
X d'un atome suffit pour connaître le nombre de protons, neutrons et électrons qu'il
contient.
Exemple :
23
11
Na : cet atome de sodium contient 11 protons (Z= 11) et 23 nucléons (A =23), dont 11
électrons (autant que de protons) et 23 - 11 = 12 neutrons.
3. Isotopes
3.1. Définition
On appelle isotopes, des atomes qui ont le même nombre de protons mais un nombre de neutrons
différents. Ils ont donc la même valeur de Z mais une valeur de A différente.
3.2. Exemple : isotopes naturels du carbone
nom de l’isotope
numéro atomique
Z
symbole
composition de
l’atome
carbone 12
6
12
6
C
6 protons
6 neutrons
6 electrons
carbone 13
6
13
6
C
6 protons
7 neutrons
6 electrons
carbone 14
6
14
6
C
6 protons
8 neutrons
6 electrons
4. Ions monoatomiques
Un atome est susceptible de gagner ou de perdre des électrons, par exemple lors d'une transformation
chimique. Il devient alors un ion monoatomique.

Un atome qui perd des électrons acquiert une charge électrique positive et devient un ion positif ou
cation.
Ex : ion sodium Na+ ; ion aluminium Al3+ ...
Un atome qui gagne des électrons acquiert une charge électrique négative et devient un ion négatif ou
anion.
Ex : ion chlorure Cl- ; ion oxyde O2-...
La formule d'un ion monoatomique s'obtient à partir du symbole de l'atome correspondant en ajoutant à
droite, en exposant, sa charge électrique exprimée en unité de charge élémentaire (e).
Remarque : Le noyau d'un ion monoatomique est le même que celui de l'atome dont il est issu. En
conséquence la notion d'isotopie s'applique aux ions monoatomiques comme aux atomes.
5. Eléments chimiques
5.1. Définition
On donne le nom d'élément chimique à l'ensemble des particules (atomes et ions monoatomiques) ayant
le même nombre de protons dans leur noyau.
Chaque élément chimique est donc caractérisé par une valeur donnée de Z.
Ex : élément cuivre Z = 29
Les atomes de cuivre
63
29
Cu et
65
29
Cu, les ions cuivre ( I )
63
29
Cu+ et
65
29
Cu+ et les ions cuivre ( II )
63
29
Cu2+ et
65
29
Cu2+ sont des particules associées à l'élément cuivre car elles ont toutes 29 protons dans leur noyau.
5.2. Origine
Il existe un peu plus d'une centaine d'éléments chimiques. La plupart a une origine naturelle. Ils se sont
formés au coeur des étoiles lors de réactions thermonucléaires. Les autres ont une origine artificielle
et peuvent être formés par exemple dans des accélérateurs de particules.
5.3. Symboles
Le symbole d'un élément chimique est le même que celui de l'atome correspondant.
5.4. Conservation des éléments chimiques
Au cours d'une transformation chimique, il y a conservation des éléments chimiques ; c'est à dire
qu'aucun élément n'apparaît ni ne disparaît.
Ex : cycle de transformations chimiques du cuivre (voir activité n° 3)