Partie chimie Chapitre 1 Les électrons et la conduction dans les

Partie chimie
Chapitre 1 Les électrons et la conduction dans les solides
I. Les atomes
Rappels sur les molécules et les atomes
La matière est constituée d’atomes.
Voici quelques exemples d’atomes : le carbone, l’oxygène, l’hydrogène, le fer.
Les atomes ont un symbole :
Carbone : C
Oxygène : O
Hydrogène : H
Fer : Fe
On modélise les atomes par des billes de couleur :
Carbone : Oxygène : Hydrogène :
Les molécules sont constituées d’atomes.
molécule
maquette
Constitution atomique
formule
Méthane
1 atome de carbone et
4 atomes d’hydrogène
CH4
Dioxygène
2 atomes d’oxygène
O2
Dioxyde
de
carbone
1 atome de carbone
2 atomes d’oxygène
CO2
Eau
2 atomes d’hydrogène
1 atome d’oxygène
H2O
Remarques :
- Pour indiquer le nombre d’atomes, on place un petit chiffre en bas à droite de l’atome. Ex : CO2
- Respecter les majuscules et les minuscules dans l’écriture des formules.

1. La structure d’un atome
Connaissances :
constituants de l’atome : noyau et électrons
les atomes et les molécules sont électriquement neutres ; l’électron est chargé électriquement
Capacités : extraire d’un document les informations relatives aux dimensions de l’atome et du noyau.
a. Histoire du modèle de l’atome
Activité photocopiée + document page 76
Activité :
Il a fallu près de 25 siècles et l’intervention de nombreux savants, avant que le modèle de l’atome ne
devienne satisfaisant. Suivons son évolution au cours des siècles.
Au 4ème siècle avant notre ère, le philosophe Démocrite pense que la matière est formée de grains de
matières indivisibles : les atomes. Pour lui, les atomes sont pleins, ronds ou crochus. Ils s’assemblent pour
former les objets qui nous entourent. Démocrite n’a aucune preuve expérimentale de ce qu’il avance. Sa
démarche intellectuelle relève de la spéculation.
Joseph Thomson en 1897 a montré que les atomes constituant toute matière contiennent des particules
extrêmement petites portant une charge négative : les électrons. En 1904, il propose un modèle d’atome,
surnommé « le pudding de Thomson ».Il représente l’atome par une sphère remplie d’une substance
électriquement positive et fourrée d’électrons négatifs « comme des raisins dans un pudding ».
En 1909, Ernest Rutherford réalisa une expérience ( voir document 1) : un faisceau de particules  , émises
par un corps radioactif, bombarde une très mince feuille d’or constituée d’environ 1000 couches d’atomes.
- Première observation : la très grande majorité des particules  traversent la feuille d’or sans être déviées
…et sans faire de trou !
- Seconde observation : seule une infime minorité des particules  sont déviées et semblent rebondir sur la
feuille d’or.
Le modèle d’atome imaginé par Rutherford à la suite de cette expérience est semblable à un minuscule
système solaire. La masse de l’atome est concentrée dans un noyau très petit et porteur de charges
électriques positives. À une distance relativement très grande du noyau tournent les électrons chargés
Faisceau
de
particules
Atome d’or Noyau d‘atome d’or
Document 1

négativement. La charge de l’ensemble des électrons est opposée à celle du noyau : l’atome est
électriquement neutre.
E. Schrödinger ( 1887-1961) montre que les électrons n’ont pas de trajectoire bien définies, mais constituent
un nuage sphérique entourant le noyau( il n’est pas possible de les localiser avec précision). Le rayon du
nuage électronique est le rayon de l’atome.
Questions :
1. Le philosophe grec Démocrite parlait d’atomes crochus. Expliquer pourquoi ?
2. Quelle est la signification de cette expression dans le langage courant ?
3. Pourquoi la théorie des atomes est-elle restée aussi longtemps en sommeil ?
4. Depuis quand sait-on que les atomes contiennent des particules chargées négativement ? Quel
est le nom de ces particules ?
5. Quelle observation a permis à Rutherford d’affirmer que le noyau de l’atome est très petit comparé à
l’atome ?
6. En quoi le modèle de Bohr ressemble –t-il au système solaire ?
7. Quelle est la différence entre le modèle de Bohr et le modèle actuel ?
Quel est le signe de la charge du noyau et la charge du nuage électronique ? Que signifie l’expression «
électriquement neutre » ?
8. A quel physicien attribue-t-on chacun de ces modèles ?
9. une molécule est-elle chargée ou neutre ? Justifie.
Conclusion :
L’atome est constitué d’un noyau autour duquel se déplacent des électrons.
Le noyau possède des charges positives ( protons) .Chaque électron possède une charge négative .
L’atome comporte autant de charges positives ( protons ) que de charges négatives ( électrons). La charge totale
d’un atome est donc nulle : on dit qu’il est électriquement neutre.
Les dimensions du noyau sont environ cent mille fois inférieures à celle de l’atome. L’atome est donc formé
essentiellement de vide. (structure lacunaire)
Les molécules, étant formées d’atomes, sont électriquement neutres.
C.

Exemples de représentation d’un atome :
2. les dimensions d’un atome
Activité page 84 + activité distribuée
Conclusion :
Les dimensions d’un atome sont de l’ordre du dixième de nanomètre ( 10-10 m).
Les dimensions d’un atome dépendent de l’atome considéré.
3. le tableau périodique des éléments
Chaque atome possède un nombre déterminé d’électrons qui le caractérise. Ce nombre se note Z. On l’appelle
numéro atomique.
Activité en salle informatique : carte d’identité d’un élément.
4. les symboles d’atome à connaître
métaux : cuivre, zinc, aluminium, argent, or, fer
carbone, hydrogène, oxygène, chlore, azote, sodium
II. Tous les solides conduisent-ils l’électricité ?
Connaissances : tous les métaux conduisent le courant électrique mais tous les solides ne sont pas conducteurs.
La conduction du courant électrique dans les métaux s’interprète par un déplacement d’électrons, dans le sens
opposé au sens conventionnel du courant.
Capacités : Pratiquer une démarche expérimentale afin de comparer le caractère conducteur de différents solides.
Valider ou invalider une hypothèse sur le caractère conducteur ou isolant d’un solide.
Activités page 64 et page 94
Les différentes images obtenues en microscopie
électronique suggèrent que les atomes sont
approximativement sphériques. Pour simplifier, des
sphères seront donc utilisées pour les représenter.