AD n°7 sur l`Univers - Les sciences à La Salle

Activité n°7 documentaire : Un modèle du cortège électronique
Compétences travaillées
Mobiliser et organiser ses connaissances Connaître les règles du « duet » et de « l’octet ». S’approprier Extraire des informations sur des supports variés. Réaliser Faire un schéma adapté. Dénombrer les électrons de la couche externe Appliquer les règles du « duet » et de l’octet pour rendre compte des charges des ions monoatomiques usuels. Analyser Exploiter des informations sur des supports variés. Proposer un modèle ; utiliser un modèle pour prévoir, décrire et expliquer ; prendre conscience des limites d’un modèle. Valider Discuter un résultat en fonction de son ordre de grandeur. Communiquer Travailler en équipe et en autonomie, partager des tâches, s’engager dans un dialogue constructif, accepter la contradiction tout en défendant son point de vue, faire preuve de diplomatie, négocier et rechercher un consensus, demander une aide pertinente.
Introduction.
Voici deux étiquettes d’eaux minérales :
Pourquoi trouve-t-on toujours les mêmes ions dans la nature (et dans l’Univers) ?
Pourquoi ne trouve-t-on jamais des ions Cl+, Na2-, Mg-.... ?
Document 1 : Modèle de Bohr.
Niels Bohr, se basant sur les théories de Rutherford, publie en 1913 un modèle de la structure de l’atome, mais aussi de la liaison chimique. Il propose d’ajouter une contrainte : Niels Bohr (1885-­‐1962) Les électrons ne peuvent tourner autour du noyau que sur certaines orbites stables quantifiées
(couches électroniques). Ces orbites ne peuvent contenir qu’un nombre maximum d’électrons.
Les orbites les plus éloignées du noyau comprennent le plus d’électrons, ce qui détermine les propriétés
chimiques de l’atome.
Les couches électroniques sont symbolisées par des lettres, successivement, en partant de la plus proche du
noyau. A chaque couche est associé un numéro n :
- La première couche est la couche K, n=1
- Ensuite vient la couche L, n=2
- Puis la couche M, n=3
- Et ainsi de suite.
Document 2 : Nombre d’électrons que peut contenir une couche.
Il existe une formule pour connaître le nombre d’électrons que peut contenir une couche : Nombre d’électrons de la couche n = 2 n2 Document 3 : Rayon d’une couche électronique
Il existe également une formule pour savoir à quelle distance du noyau se trouve une couche :
Rn = a0 n2
a0 est le rayon de Bohr avec a0
≈ 53 pm
Document 4 : Structure électronique d’un atome
On écrire alors à l’aide de ce modèle, la structure électronique d’un atome sous la forme : (K)x (L)y (M)z... x, y et z sont le nombre d’électrons respectivement dans les couches K, L, et M. Le nombre total d’électrons est égal à x+y+z... Document 5 : Symboles des noyaux de quelques éléments chimiques
1
Hydrogène : 1 H
Azote : Fluor : Néon : 10 Ne 20
N Magnésium : 12 Mg F Chlore : 17 Cl 14
7
19
9
24
Argon : 18 Ar 40
Carbone : Calcium : 20 Ca 12
6
40
23
C Sodium : 11
K Na Potassium : 19
Oxygène : 40
16
8
O Aluminium : 13 Al 27
35
1. A l’aide du modèle précédent, déterminer :
• Le nombre d’électrons que peuvent contenir les trois premières couches ;
• La distance en mètre des trois premières couches au noyau.
Remarque : En pratique, les couches K et L se remplissent complètement, puis la couche M se remplit avec
8 électrons, puis la couche N avec 2 et la couche M finit de se remplir avec 10 électrons supplémentaires
pour arriver à 18.
2. Déterminer la structure électronique et schématiser (sans respecter l’échelle et suivant le modèle de
Bohr) les atomes d’Hydrogène, de Carbone, d’Azote, d’Oxygène, de Néon, de Sodium, de
Magnésium, de Chlore, et d’Argon.
Document 6 : Formule électronique des atomes de quelques gaz nobles.
Atome
Hélium He
Néon Ne
Argon Ar
Z
2
10
18
Formule électronique
(K)2
(K)2(L)8
(K)2(L)8(M)8
La structure électronique en duet de l’hélium et la structure électronique externe en octet du néon, de
l’argon, etc., sont très stables : les gaz nobles (hélium, néon, etc.) sont inertes chimiquement. Cette stabilité
est recherchée par tous les atomes.
Au cours des transformations chimiques, les atomes tendent à obtenir la structure électronique du gaz noble de numéro atomique le plus proche. Règle du duet : Les atomes de numéro atomique voisin de 2 tendent à obtenir la structure électronique en duet de l’hélium. Règle de l’octet : Les autres atomes tendent à obtenir la structure électronique externe en octet des gaz nobles autres que l’hélium. 3. Déterminer les ions que sont susceptibles de former les atomes d’Hydrogène, de Fluor, de Sodium,
de Magnésium, d’Aluminium, de Chlore, de Potassium et de Calcium.
Conclusion :
Expliquer le fait que l’on trouve toujours les mêmes ions dans la nature (et dans l’Univers) ?
Uniquement pour les plus curieux:
Voir activité : Les sous-couches électroniques.