Les éléments chimiques, les atomes et les ions

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OBJECTIFS DU CHAPITRE
•Connaître la structure d’un atome.
•Savoir représenter un atome.
•Savoir utiliser la classification périodique des éléments.
•Savoir identifier un ion.
Les éléments
chimiques, les
atomes et les ions
CHAPITRE
CHAPITRE
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8
8
72
QUESTION
Combien d’éléments naturels différents constituent l’univers tout entier ?
1. ª10
2. ª100
3. ª10 000
4. une infinité
Réponse à la page 110
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IDENTIFIER UN ÉLÉMENT CHIMIQUE
DANS L’EAU MINÉRALE
Activité 1
Matériel
Des tubes à essais
et leur support
Oxalate
d’ammonium
Solutions à
analyser:
– Chlorure
de calcium
– Eau distillée
– Carbonate
de calcium
(eau de chaux)
– Eau minérale
fortement
minéralisée de type
Hepar ou Contrex
Un erlenmeyer
marqué
«récupération des
produits usagés »
M OD E OP ÉRATOI R E E.
1. Versez environ 5 cm3de chaque solution
à analyser dans un tube à essais.
2. Ajoutez quelques gouttes de solution d’oxalate d’ammo-
nium. Ne pas agiter.
3. Notez vos observations.
4. Videz les tubes à essais dans le récipient prévu à cet effet.
5. Lavez les tubes à essais, puis rincez-les à l’eau distillée.
OB S E R VATI ON E.
•Dans le tube contenant l’eau distillée, on observe rien .
•Dans les tubes contenant les solutions de chlorure de cal-
cium, de carbonate de calcium et l’eau minérale, on observe
l’apparition d’un précipité de couleur blanche .
CO NC LU S ION E.
•L’élément chimique commun aux solutions de chlorure de calcium et carbonate de
calcium est le calcium .
Le réactif chimique qui donne un précipité en présence de l’élément calcium est
l’oxalate de calcium.
•L’eau minérale étudiée contient l’élément calcium, alors que l’eau distillée n’en
contient pas.
Dans la nature il existe une centaine d’éléments naturels différents, certains de ces élé-
ments sont présents dans l’eau minérale (sodium, potassium, calcium, magnésium,
chlore…).
Eau
minérale
Chlorure
de calcium
Carbonate
de calcium
Eau
distillée
Solution d’oxalate
d’ammonium
ÉCRIRE LES SYMBOLES DES ÉLÉMENTS
CHIMIQUES
Activité 2
Document 1 La classification périodique des éléments
•La classification périodique des éléments (Voir rabat de couverture I) répertorie tous les éléments chi-
miques.
Cherchez dans la classification périodique des éléments les symboles des éléments sui-
vants et complétez le tableau.
Complétez les phrases suivantes.
Lorsque le symbole d’un élément se résume à une lettre unique, cette lettre est toujours une
majuscule . Par contre, lorsque deux lettres sont employées, afin d’éviter les confusions, la pre-
mière est toujours une majuscule et la seconde toujours une minuscule .
2
1
Élément Hydrogène Oxygène Carbone Sodium Calcium Chlore Potassium
Symbole H O C Na Ca Cl K
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CHAPITRE 8•Les éléments chimiques, les atomes et les ions
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Activité 3RECONNAÎTRE LES FAMILLES
D’ÉLÉMENTS CHIMIQUES
Matériel
Un cristallisoir
De l’eau
Un grillage
de protection
Un petit morceau
de sodium
Du papier
absorbant
Une spatule
M OD E OP ÉRATOI R E E.
Attention! Il faut prendre des précautions lors de la manipulation du sodium. Il faut
une blouse, des gants et des lunettes de protection.
1. Remplissez la moitié du cristallisoir avec de l’eau.
2. Ajoutez dans l’eau 5 gouttes de phénolphtaléine.
3. Essuyez le morceau de sodium avec du papier absorbant.
4. À l’aide de la spatule, déposez le morceau de
sodium à la surface de l’eau avec précaution.
5. Recouvrez le cristallisoir avec le grillage de pro-
tection.
OB S E R VATI ON E.
•Le morceau de sodium se déplace à la surface de l’eau avant de disparaître.
•L’eau additionnée de phénolphtaléine prend une coloration rose .
CO NC LU S ION E.
•Au contact de l’eau le sodium réagit vivement.
•Un petit morceau de lithium ou de potassium déposé délicatement à la surface de l’eau
additionnée de phénolphtaléine aurait permis les mêmes observations.
Les éléments lithium, sodium et potassium possèdent des pro-
priétés chimiques communes. Ils sont situés dans la même colonne de la
classification périodique des éléments. Ils appartiennent à la même famille chimique.
A
CONNAÎTRE LA STRUCTURE DES ATOMES
Activité 4
Document 1 Noyaux et électrons
•Toute la matière est constituée de particules infi-
niment petites et électriquement neutres appelées
atomes. Un atome est constitué d’un noyau autour
duquel gravitent des électrons.
Chaque électron porte une charge électrique élé-
mentaire négative.
Le noyau contient des nucléons qui sont:
– des protons, porteurs d’une charge électrique
élémentaire positive ;
– des neutrons sans charge électrique.
•Pour représenter un atome, on utilise le symbole de
l’élément accompagné en haut à gauche du nombre
de masse et en bas et à gauche du numéro atomique.
Le numéro atomique Z d’un atome est égal au
nombre de protons contenus dans le noyau alors que
son nombre de masse A désigne le nombre de par-
ticules (neutrons + protons) contenus dans le noyau.
Le noyau d’un atome contient A – Z neutrons.
11
23 Na
Symbole de l’atome de sodium
Numéro atomique Z = 11
Nombre de masse A = 23
11 protons
11 électrons
12 neutrons (23 – 11 = 12)
Complétez les phrases suivantes.
a) Un atome étant électriquement neutre , le nombre de protons dans un atome est égal au
nombre d’électrons .
b) Le symbole d’un atome de chlore est 17
35Cl.
17 est le numéro atomique ; 35 est le nombre de masse .
Le noyau de l’atome de chlore est constitué de 35 particules dont 17 protons et 18 neutrons.
Pour assurer la neutralité électrique, 17 électrons gravitent autour du noyau de l’atome de chlore.
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©NATHAN - La photocopie non autorisée est un délit
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RÉPARTIR LES ÉLECTRONS
Activité 5
Document 1 Répartition des électrons
Les atomes ci-dessous ont été représentés en utilisant le modèle de Bohr. Cochez ceux dont la
structure électronique est correctement représentée.
M
Noyau
Électron
LK
MLK MLK MLK
❑❑❑✗❑✗
•Les électrons, qui gravitent autour du noyau d’un atome, se répartissent dans des couches électroniques
encore appelées niveaux d’énergie.
•Les couches électroniques sont représentées par des lettres : K, L, M…
– Chaque couche ne peut contenir qu’un nombre limité d’électrons.
– Les électrons remplissent d’abord la couche K, la plus proche du noyau, qui peut recevoir 2 électrons,
puis la couche L qui peut accueillir 8 électrons. Lorsque la couche L est saturée, le remplissage de la
couche M commence.
Document 2 Cas particulier du remplissage électronique de la couche externe
À l’aide du document 2, complétez les phrases suivantes.
a) La couche externe d’un atome de magnésium 24
12Mg possède deux électrons : ce sont des élec-
trons célibataires .
b) Il y a 7 électrons sur la couche externe d’un atome de chlore 17
35Cl , 1électron célibataire
et 3doublets.
c) La couche externe d’un atome de néon 20
10Ne est saturée par 8électrons qui se répartissent
en quatre doublets .
Couche électronique Nombre maximal d’électrons
K 2
L 8
M 18
Nombre total d’électrons
sur la couche externe 1 2 3 4 5 6 7 8
Nombre d’électrons célibataires 1 2 3 4 3 2 1 0
Nombre de doublets d’électrons 0 0 0 0 1 2 3 4
•La couche électronique externe est la plus éloignée du noyau.
Exception faite de la couche K qui est saturée par deux électrons qu’elle soit externe ou non, toute autre
couche externe ne peut accueillir plus de 8 électrons. Ils se répartissent entre doublets (paires d’élec-
trons) et électrons célibataires.
•Le remplissage de la couche externe s’effectue de la façon suivante :
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CHAPITRE 8•Les éléments chimiques, les atomes et les ions
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Activité 6REPRÉSENTER UN ATOME
PAR SON MODÈLE DE LEWIS
Document Le modèle de Lewis
•Pour représenter les atomes, on peut utiliser le modèle de Bohr (voir Activité 5)
ou la représentation de Lewis.
•Dans la représentation de Lewis, le noyau et les électrons des couches internes
sont représentés par le symbole de l’atome alors que pour la couche externe les
électrons célibataires sont représentés par des points et les doublets par des tirets.
À l’aide du document, complétez la représentation de Lewis des atomes :
a) d’oxygène (6 électrons sur sa couche externe):
b) de sodium (1 électron sur sa couche externe) :
c) d’hélium (2 électrons sur sa couche externe) :
d) de carbone (4 électrons sur sa couche externe) :
C
He
Na
O
Activité 7UTILISER LA CLASSIFICATION PÉRIODIQUE
DES ÉLÉMENTS
Document Colonne et nombre d’électrons sur la couche externe
•La première classification périodique des éléments fut proposée par
Dmitri Ivanovitch Mendeleïev en 1869.
Observez la classification périodique des éléments (Rabat de couverture I) et complétez les
phrases suivantes.
a) Les éléments sont classés par numéro atomique croissant.
b) Les atomes de fluor, de chlore et de brome sont situés dans la même colonne de
la classification périodique des éléments.
D’après leur représentation de Lewis, ils possèdent tous 7électrons sur leur couche externe.
c) La généralisation aux autres colonnes permet d’écrire que les éléments d’une même colonne
possèdent tous le même nombre d’électrons sur leur couche externe .
AI
N
Représentation
de Lewis
des atomes
d’aluminium
et d’azote
F
Cl
Br
Représentation de Lewis
des atomes de fluor, de
chlore et de brome
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