rappels - Institution Bellevue

QUELQUES ASPECTS DE LA MATIERE :
ATOMES - MOLECULES - IONS -
1- LES CONSTITUANTS DE LA MATIERE
En classe de seconde nous avons vu que la matière était constituée de trois particules
élémentaires : les neutrons, les protons et les électrons.
Particule
Charge
Masse
neutron
0
mn = 1,675  10 - 27 kg
proton
+ e
mp = 1,673  10 - 27 kg
électron
- e
me = 9,109  10 - 31 kg
La charge élémentaire, en
coulomb, est de :
e = 1,603  10 – 19 C.
Toute charge électrique est un
multiple de cette charge
élémentaire.
Nous allons maintenant revenir rapidement sur la constitution d'un atome, d'un ion
simple et d'une molécule.
2- LES ATOMES
Un atome est constitué d'un noyau central (contenant les protons et neutrons) et d'un nuage
électronique (contenant les électrons). Le diamètre d'un noyau est de l'ordre de 10 - 15 m. Le
diamètre d'un atome est de l'ordre de 10 - 10 m.
2-1 Le noyau
Par exemple, l'atome de chlore le plus abondant dans la nature possède un noyau central
contenant Z = 17 protons positifs et N = 18 neutrons. Le nombre de nucléons est donc
A = Z + N = 17 + 18 = 35. On symbolise ce noyau par
35
17
Cl.
Le nombre Z est également appelé le numéro atomique. C'est le numéro de la case du
tableau périodique des éléments dans laquelle se trouve l’élément chimique.
2-2 Le nuage électronique.
Loin du noyau se trouve le nuage électronique. Un atome étant électriquement neutre
possédera autant d'électrons négatifs dans le nuage électronique que de protons positifs
dans le noyau.
L'atome de chlore possédant 17 protons positifs p + dans le noyau aura donc 17 électrons
négatifs e - répartis sur trois couches (K)2, (L)8, (M)7.
REGLE : La couche n (nombre entier) contient au maximum 2  n² électrons.
La couche n = 1 (K)
contient au maximum
2 1² = 2 électrons.
La couche n = 2 (L)
contient au maximum
2 2² = 8 électrons.
La couche n = 3 (M)
contient au maximum
2  3² = 18 électrons.
La couche . . .
contient au maximum
. . .

2-3 Quelques atomes
Le modèle de Lewis d'un atome ne représente que la couche externe du nuage électronique.
Remarque : Tous les atomes de même numéro atomique Z ont le même nom et le même
symbole : ils appartiennent au même élément. On les appelle des isotopes (voir l'étymologie
du mot : « même place »). C'est le cas des atomes
35
17
Cl et
37
17
Cl.
Un élément est donc caractérisé par son symbole et son numéro atomique Z.
2-4 Classification périodique des éléments
On donne un tableau simplifié en se limitant aux trois premières lignes
numéro de colonne I II XIII XIV XV XVI XVII XVIII
1H
2He
3Li
4Be
5B
6C
7N
8O
9F
10Ne
11Na
12Mg
13Al
14Si
15P
16S
17Cl
18Ar
- Un élément de la 3° ligne possède 3 couches d'électrons (K)2 (L)8 (M)...
- Un élément de la 17° colonne possède 7 électrons sur sa couche externe.
3- REGLE DE L’OCTET ET DU DUET. LES MOLECULES ET LES IONS.
Les atomes de la dernière colonne de la classification périodique possèdent huit électrons (un
octet) sur leur couche externe, à l'exception de l'atome d'hélium He qui possède deux
électrons (un duet) sur sa couche K :
He : (K)2Ne : (K)2 (L)8 Ar : (K)2 (L)8 (M)8 Kr : (K)2 (L)8 (M)18(N)8. . .
Ces gaz nobles ( rares ou inertes) sont stables.
Lors de transformations chimiques, les atomes évoluent pour acquérir la structure électronique
du gaz noble le plus proche d'eux dans le tableau périodique. Ils acquièrent ainsi une plus
grande stabilité. Ils obéissent soit à la règle du duet, soit à la règle de l'octet

3-1 Règle du duet - Règle de l’octet.
Règle du duet : Les atomes proches de
l'hélium évoluent pour acquérir deux
électrons externes.
Règle de l'octet : Les autres atomes
évoluent pour acquérir huit électrons sur leur
couche externe.
Ces évolutions aboutissent à des molécules ou à des ions.
3-2 Les molécules
a- Représentation de Lewis
Pour former une molécule, les atomes
s'associent en formant des liaisons
covalentes.
Une liaison covalente est formée par un
doublet liant résultant de la mise en commun
de deux électrons fournis par chacun des
atomes liés.
Cette liaison est représentée par un trait
entre les deux atomes liés.
Un doublet de la couche externe d'un atome
qui ne sert pas à établir une liaison avec un
atome voisin est un doublet non liant. Il est
également représenté par un tiret proche de
l'atome.
Le modèle de Lewis représente la molécule
dans un plan. On y place tous les doublets
liants et non liants. Voici quelques exemples
:
Ce modèle plan de Lewis indique quels sont les atomes qui sont liés dans la molécule, mais il
ne donne aucune indication sur la répartition des atomes dans l'espace à trois dimensions.
Le modèle de Cram permet, lui, de modéliser la géométrie spatiale de la molécule.
b- Représentation de Cram
Conventions : Les liaisons entre atomes sont modélisées de la façon suivante
Chaque trait représente un doublet liant (2 électrons fournis, l'un par l'atome C, l'autre par
l'atome H). Cette représentation de Cram s'obtient en tenant compte du fait que les doublets
liants ou non liants, formés de deux électrons négatifs, se repoussent électriquement et se
placent de façon à être le plus éloignés possibles les uns des autres.
La molécule d'eau représentée ci-dessous contient 2 doublets liants et 2 doublets non liants.
La molécule d'ammoniac contient 3 doublets liants et 1 doublet non liant.

L'atome d'hydrogène forme une liaison avec son voisin, il est dit monovalent.
L'atome d'oxygène forme deux liaisons avec son ou ses voisins, il est divalent.
L'atome d'azote, présent dans l'ammoniac, forme trois liaisons avec ses voisins, il est trivalent.
L'atome de carbone forme quatre liaisons avec ses voisins, il est dit tétravalent.
L'atome de carbone est digonal (deux cotés) s'il est lié à deux voisins, trigonal (trois cotés) s'il
est lié à trois voisins, tétragonal (quatre cotés) s'il est lié à quatre voisins. Mais il est toujours
tétravalent car il est entouré de quatre liaisons.
Exercice : Représenter les modèles de Lewis des molécules d'éthane et de dichloroéthane.

Il existe le 1, 1-dichloroéthane et le 1, 2-dichloroéthane.
3-3 Les ions simples
- L'atome de lithium Li : (K)2 (L)1 donne naissance à l'ion stable Li + : (K)2 à comparer à He : (K)2.
- L'atome d'hydrogène H : (K)1 donne rarement naissance à l'ion H - : (K)2 à comparer à He : (K)2.
- L'atome d'hydrogène H : (K)1 donne souvent naissance à l'ion H + : (K)0 (exception à la règle du
duet).
- L'atome d'oxygène O : (K)2 (L)6 donne naissance à l'ion stable O 2 - : (K)2 (L)8 à
comparer à Ne : (K)2 (L)8.
3-4Les ions complexes
Nous citerons quelques ions complexes.
- L'ion oxonium (ou hydronium) H3O+ :
- L'ion hydroxyde HO - :
- L'ion ammonium NH4+: