chapA04-Element chimique - leprof

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Chap. 4 Les éléments chimiques
I. Structure de l’atome
Un atome est une entité électriquement neutre, constituée d’un noyau chargé positivement et d’électrons
chargés négativement en mouvement autour du noyau.
1- Le noyau
Il est constitué de nucléons qui sont :
- les protons sont chargés positivement, +e = 1,602 . 10-19C (coulomb)
- les neutrons n’ont pas de charge
leurs masses est presque identique et mn = mp = 1,67 10-27 kg
2- Les électrons
Les électrons portent la charge négative - e = -1,6 10-19C et la masse est 9,109 10-31 kg.
L’atome est électriquement neutre dons il y a autant d’électrons qu’il y a de protons dans le noyau.
3- Masse et dimension des atomes
Les masses des protons et des neutrons étant très supérieur à celle des électrons on peut considérer que la
masse de l’atome est essentiellement contenue dans le noyau.
L’atome peut être assimilé à une sphère dont le diamètre est d’environ 10-10 m avec le noyau représenté
comme une sphère au centre et dont le diamètre est d’environs 10-15 m c’est-à-dire 100 000 fois plus petit, ce
qui nous montre bien le caractère lacunaire de l’atome (comme le système solaire ou l’univers).
4- Symboles
Le nombre de charge ou numéro atomique de l’atome est le nombre de protons que contient son noyau on le
note Z. Le nombre de masse est le nombre de nucléons contenus dans le noyau, on le note A
Le nombre de neutron est N = A – Z neutrons
Pour représenter l’atome on utilise son symbole chimique, en haut à gauche figure le nombre de masse et en
bas à gauche le numéro atomique
X
A
Z
ou X est un symbole chimique
5- Composition de l’atome
électrons Z
neutrons ZAN
protons Z
nucléonsA
X
A
Z
électrons6
neutrons6
protons6
nucléons12
C
12
6
électrons8
neutrons8
protons8
nucléons16
O
16
8
II. L’élément chimique
1- Les isotopes
Les isotopes d’un élément sont des atomes qui ont le même numéro atomique (Z) mais des nombres de
masse (A) différents
C
12
6
,
C
13
6
et
C
14
6
sont les isotopes du carbone.
2- Les ions
Lorsqu’un atome perd un ou plusieurs électrons il se charge positivement et forme un cation.
Si l’atome gagne un ou plusieurs électrons il se charge négativement et forme un anion.
La perte ou le gain d’électrons ne modifie pas le noyau.
La charge de l’ion s’écrit en haut à droite du symbole :
263
29Cu

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électrons27
neutrons34
protons29
nucléons63
Cu263
29
électrons24
neutrons30
protons26
nucléons56
Fe256
26
3- Caractérisation d’un élément
On caractérise un élément par son numéro atomique. On donne la nom d’élément chimique à l’ensemble des
particules (atome ou ion) qui portent le même numéro atomique (Z).
4- Conservation d’un élément
Au cours d’une transformation chimique un élément peut se trouver sous différentes formes ou combiné à
différents atomes, cependant cet élément est présent au départ et à l’arrivée de la réaction ; on dit alors qu’il
y a conservation de l’élément chimique lors des réactions chimiques. Voir TP
III. Cortège électronique
1- Les électrons dans l’atome
Plusieurs modèles furent élaborés pour représenter les électrons autour du noyau.
On admet de nos jours que l’électron n’a pas de trajectoire précise mais seulement une probabilité de
présence autour du noyau. Pour l’atome d’hydrogène (un proton et un électron) cette probabilité est
maximale dans une sphère dont le rayon est d’environ 50 pm.
Les électrons se répartissent dans différentes couches de probabilité de présence.
2- Structure électronique
Pour trouver la structure électronique d’un atome ou d’un ion, il faut répartir les électrons dans les
différentes couches.
Chaque couche est caractérisé par un numéro n (appelé nombre quantique principal) auquel on associe un
lettre K,L,M,N,O,P,…
Il faut ensuite respecter quelques règles
Principe de PAULI
Le nombre maximum d’électrons pouvant appartenir à une couche caractérisée par n et : 2n2
Principe de construction
Dans l’état le plus stable de l’atome ou de l’ion les électrons occupent successivement les couches en
commençant par celles de numéro quantique principal le plus petit jusqu’à saturation avant de commencer la
suivante.
La dernière couche est la couche externe ou couche de valence avec les électrons externes, les autres sont les
couches internes
3- Formule électronique
Pour obtenir la formule électronique d’un atome ou d’un ion il faut déterminer d’abord le nombre
d’électrons. On écrit les différentes couches remplies entre parenthèse avec en haut à droite le nombre
d’électron dans cette couche
Al contient 13 électrons Al : (K)2 (L)8 (M)3