ATOMES ET IONS : ÉLÉMENT CHIMIQUE

ATOMES ET IONS : ÉLÉMENT CHIMIQUE
1. Structure de l’atome.
1.1. Rappel : constitution de l’atome.
Chaque atome possède en son centre un noyau, chargé positivement, 100 000 fois plus petit que l’atome,
entouré d'un nuage électronique constitué d'électrons chargés négativement.
- L’atome est neutre électriquement.
- Il est lacunaire (essentiellement composé de vide).
Historique des modèles de l'atome.
1.2. Le noyau de l’atome.
Le noyau d’un atome peut contenir deux types de particules :
- des protons, chargés positivement
- des neutrons, neutres électriquement.
Les particules constituant le noyau se nomment les nucléons.
1.3. Les dimensions du noyau et de son atome
L’atome, supposé sphérique, a un diamètre de l’ordre de 10 - 10 m (0,1 nm).
Le noyau est 100 000 (10 5) fois plus petit, sa dimension est de l’ordre de 10 - 15 m (1 fm).
Si le noyau mesurait 1 cm (bille), l'atome mesurerait 1 km (du lycée à la gare).....
1.4. Noyau et atome.
Z, numéro atomique ou nombre de charges, représente le nombre de protons du noyau.
A représente le nombre de nucléons : c'est le nombre de neutrons et de protons contenus dans le noyau.
L’atome est électriquement neutre : il y a Z électrons dans le nuage électronique. (Attention ! Cela n’est
pas vrai pour les ions !)
1.5. Notation symbolique de l’atome. (voir A1)
Pour un atome X, la notation est la suivante :
X
Z
A
À chaque numéro atomique correspond un nom d'atome
le numéro atomique est caractéristique d'un atome.
2. Les charges dans un atome.
1.1. La charge élémentaire
C’est la plus petite charge connue. Elle se note e. e = 1,6 × 10 - 19 C
le coulomb (C) est l’unité de charge électrique
2.2. Charge du proton.
Le proton est chargé positivement +e : q P = + e = + 1,6 × 10 - 19 C
2.2. Charge du neutron.
Le neutron n'est pas chargé
2.3. Charge de l’électron.
L’électron est chargé négativement -e : q e = - 1,6 × 10 - 19 C
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2.4. Charge du noyau (voir A2).
Dans un noyau, il y a Z protons portant la charge + e : q noyau = + Z × e
2.5. Charge du nuage électronique (voir A2).
Dans le nuage électronique de l'atome il y a Z électrons : q ne = - Z × e
2.6. Charge de l'atome.
L'atome est électriquement neutre
3. Les masses dans un atome (voir annexes)
3.1. Masses des nucléons.
m P= 1,673 × 10 - 27 kg m N = 1,675 × 10 - 27 kg
3.2. Masse des électrons.
Ils sont 1800 fois moins lourds que les nucléons ; me= 9,102 × 10 - 31 kg
On peut faire l’approximation suivante :
m P = m N = 1,67 × 10-27 kg ≈ 1800 me
3.3. Masse de l’atome (voir A3)
La masse de l’atome est essentiellement concentrée dans le noyau :
mat ≈ m noyau ≈ A × m P
4. De l’atome à l’ion.
4.1. Définitions.
Un ion monoatomique provient d’un atome qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons :
c’est une espèce chargée.
Un anion est un ion chargé négativement. Il provient d’un atome qui a gagné un ou plusieurs électrons.
Un cation est un ion chargé positivement. Il provient d’un atome qui a perdu un ou plusieurs électrons.
4.2. Exemples.
L'ion cuivre(II) est un atome de cuivre qui a perdu 2 électrons. Sa charge est positive : on le note Cu2+.
L’ion chlorure est un atome de chlore qui a gagné 1 électron. Sa charge est négative : on le note note Cl-.
Cuivre : {29 protons, 34 neutrons} et 29 électrons
Ion cuivre(II) : {29 protons, 34 neutrons} et 27 électrons
Chlore : {17 protons, 18 neutrons} et 17 électrons
Ion chlorure : {17 protons, 18 neutrons} et 18 électrons
L’ion et l’atome dont il provient ont le même noyau (mêmes Z et A) mais des nuages électroniques
différents.
D'autres exemples
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5. Atome et élément.
5.1. Les isotopes (voir A4)
Le chlore possède deux isotopes :
Cl
17
35
Cl
17
37
Ces espèces isotopes ont donc le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent.
5.2. Atome, ion, isotope.
Chlore, 2 isotopes : {17 protons, 18 ou 20 neutrons}, 17 électrons
Ion chlorure : {17 protons, 18 neutrons}, 18 électrons
5.3. L’élément chimique.
L’ensemble des entités chimiques de même numéro atomique Z appartiennent au même élément
chimique ; l'élément chimique est caractérisé par le numéro atomique.
5.4. Transformation chimique.
L'ion cuivre(II) réagit avec l'ion hydroxyde pour donner de l'hydroxyde de sodium.
Cu2+ + 2 HO- → Cu(HO)2
Ce sont les mêmes symboles qui sont identifiés avant et après la transformation : Cu, H et O.
remarque : dans l'ion hydroxyde, il y a de l'hydrogène et de l'oxygène
Au cours d’une réaction chimique, il y a conservation des éléments chimiques.
remarque : dans une réaction chimique, les noyaux ne sont pas modifiés.
Pour résumer
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