PARTIE A : LA CHIMIE, SCIENCE DE LA TRANSFORMATION DE LA MATIERE 13 semaines CHAPITRE 2 : MATERIAUX ET ELECTRICITE I Atomes et molécules 1. Introduction 2. Structure de l’atome 3. Symbole et formule II Les ions 1. Définition 2. Calcul de la charge électrique 3. Solution ionique 4. Tests de reconnaissance III L’électricité 1. Dans les métaux 2. Dans les solutions ioniques Conclusion du TP conduction électriqueélectrique : TP - La conduction les conclusions Tous les solides ne conduisent pas l’électricité mais tous les métaux la conduisent. Certaines l’électricité. solutions conduisent I Les matériaux 1. Atome et molécule L’histoire de l’atome s’étale sur près de 3000 ans ! On ne peut pas voir l’atome donc, depuis le XXème siècle, les hommes essaient de trouver le modèle le plus proche de la réalité : ces modèles successifs ne sont pas la réalité ! La matière est constituée de molécules. Ces molécules sont l’assemblage d’atomes qui sont l’assemblage de particules élémentaires qui sont l’assemblage de quarks. La matière Matière Molécules Quarks Atomes Particules élémentaires 2. Structure de l’atome •Un atome est constitué d’un noyau central entouré d’un nuage d’électrons (ou cortège électronique) •La masse de l’atome est presque égale à la masse de son noyau •Le noyau est 100 000 fois plus petit que l’atome. La matière est essentiellement constituée de vide : elle est lacunaire. •Le noyau possède -1 une Structure de l’atome bis charge électrique positive. •Le nuage d’électrons possède une charge électrique -1 +7 -1 -1 négative. •La charge du noyau est égale à l’opposé de la -1 charge globale du nuage électronique. Un atome est électriquement neutre. -1 -1 Si les atomes sont constitués de la même façon (noyau+électrons) question qu’est-ce qui diffère entre un atome de carbone et un atome d’oxygène ? +6 +8 3. Symbole et formule Il existe plus d’une centaine d’atomes différents dont 92 atomes naturels. Chaque atome possède un symbole. A SAVOIR ! Elément Symbole Carbone C Hydrogène H Oxygène O Azote N Fer Fe Cuivre Cu Chlore Cl Sodium Na Aluminium Al Chaque molécule possède une formule qui indique quels sont les atomes qui la compose et dans quelles proportions. Quelle est la composition des molécules suivantes ? L’eau : H2O 2 atomes d’hydrogène 1 atome d’oxygène Le méthane : CH4 4 atomes d’hydrogène 1 atome de carbone 4 atomes d’hydrogène L’acide éthanoïque : CH3COOH 2 atome d’oxygène 2 atomes de carbone II Les ions 1. Définition Un ion est un atome (ou une molécule) qui a perdu ou gagné des électrons. Un ion possède une charge électrique positive ou négative. 2. Calcul de la charge électrique - écriture L’atome d’oxygène est électriquement neutre. +8 Charge de l’atome = +8 + (8 x (-1) = 0 L’atome d’oxygène peut gagner (lors d’une réaction chimique) 2 électrons… Calcul bis +8 +8 Sa charge totale change ! Charge totale = +8 + (10 x (-1) = -2 Sa charge globale n’est plus nulle => ce n’est plus un atome mais un ion ! Calcul ter Charge totale = -2 Il s’agit de l’ion oxyde que l’on note +8 O 2- Exemple de l’atome de sodium L’atome de sodium (Na) est électriquement neutre. +11 Charge de l’atome = +11 + (11 x (-1) = 0 L’atome de sodium peut perdre (lors d’une réaction chimique) 1 électron… Calcul bis +11 +11 Sa charge totale change ! Charge totale = +11 + (10 x (-1) = +1 Sa charge globale n’est plus nulle => ce n’est plus un atome mais un ion ! Calcul ter Charge totale = +1 Il s’agit de l’ion sodium que l’on note +11 + Na L’atome d’oxygène ( charge totale : 8(+) + 8(-) = 0 ) Exemples peut gagner 2 électrons et devenir L’ion oxyde O2- ( charge totale : 8(+) + 10(-) = -2 ) L’atome de sodium ( charge totale : 11(+) + 11(-) = 0 ) peut perdre 1 électron et devenir L’ion sodium Na+ ( charge totale : 10(+) + 10(-) = +1) o Si l’indice vaut 1 on ne l’écrit pas !!! o On inverse signe et nombre !!! 3. Solution ionique Une solution ionique s’obtient par dissolution d’un solide ionique (le soluté) dans un liquide (le solvant). Une solution ionique est électriquement neutre. Solide ionique (sel de cuisine) NaCl Solvant (eau) DISSOLUTION Solution ionique d’eau salée Na+ + Cl- Quelle est la proportion des ions dans les solutions suivantes : question Chlorure de fer II (FeCl2) Sulfate de zinc (ZnSO4) Soude (NaOH) Hydroxyde de cuivre (CuOH) Données : Fe2+ , Cl- , Zn2+ , SO42- , Cu2+ , OH- Fe2+ + 2ClZn2+ + SO42Na+ + OHCu2+ + 2OH- 4. Tests de reconnaissance VOIR TP – Test d’identification des ions III L’électricité 1. Dans les métaux •Les métaux sont constitués d’atomes. Certains e- de ces atomes sont capables de se déplacer d’un atome à l’autre sous l’effet d’un champ électrique. Ce sont des electrons libres. •Ce déplacement d’électrons est le courant électrique. •Dans un circuit électrique, les e- libres se dirigent du – vers le + ( c’est l’inverse du sens conventionnel du courant ) 2. Dans les solutions ioniques MANIP : Le déplacement des ions •Dans une solution ionique, le passage du courant est dû au déplacement des ions dans la solution. •Les ions positifs se déplacent vers la borne – : ce sont les cations. •Les ions négatifs vont vers la borne + : ce sont les anions. EXERCICE