Séquence 3 : ATOME / MOLECULE

Alban du Plessis Atome / molécule
Collège des Tilleuls – Annecy Page 1 sur 6 Physique - Chimie
Séquence 3 : ATOME / MOLECULE
Niveau : 4ième
Objectifs :
- Connaître la constitution de la matière
- Savoir ce qu’est un atome, une molécule
- Connaître certains tests de reconnaissance d’atomes, de molécules
- Savoir se servir de la classification périodique des éléments
La problématique
Comment identifier le contenu de différents tubes à essais ?
Ce qui a été fait
Nous avons visionné une vidéo montrant un zoom depuis l’univers jusqu’au noyau de
l’atome. Vidéo disponible :
https://www.youtube.com/watch?v=1VOXpmqtze4
L’atome :
Historique : vers 450 Av. JC, Démocrite postule que la matière est composée
d’atomes (=particules insécables). Il pose ainsi les fondements de la chimie
moderne. Malheureusement, un peu plus tard, Aristote proposa que toute matière est
une combinaison de 4 éléments (la terre, l’eau, l’air et le feu), ce qui sera accepté
jusqu’au début du 19ième siècle.
Pour Démocrite, si on coupe la matière en petits morceaux, on finit par obtenir des
particules qu’on ne peut plus couper : les atomes. Ils ont des ‘’formes’’ diverses et il y
en a un nombre limité.
Constitution de l’atome :
L’atome est constitué d’un noyau autour duquel tournent des électrons.
Le noyau est chargé positivement.
Les électrons sont chargés négativement.
Un atome est électriquement neutre : il possède autant de charges
positives que négatives.
Le noyau est constitué de protons chargés positivement et de
neutrons qui sont neutres (pas de charge).
L’essentiel de la masse de l’atome est dans le noyau.
Les molécules :
Les atomes peuvent former des liaisons entre eux et former ainsi des molécules.
Une molécule est un ensemble d’atomes liés entre eux. Il existe de petites molécules
formées de deux ou trois atomes comme le diazote, le dioxygène ou le dioxyde de
carbone. Il existe également des molécules constituées de milliers d’atomes comme
l’ADN, les protéines…

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La classification périodique des éléments ou tableau de Mendeleïev
Historique :
Jusqu’au 19ième, la matière était considérée comme un mélange de 4 éléments. A
partir du 19ième siècle, on s’est aperçu que la réalité était plus complexe et que la
matière était constituée d’un grand nombre d’éléments. S’est alors posé la question
de savoir comment les classer.
En 1869, Mendeleïev, chimiste russe, présenta une première version de son tableau
périodique. Il s’est rendu compte qu'en classant les éléments selon leurs masses
atomiques on voyait apparaître une périodicité en ce qui concerne certaines
propriétés des éléments.
Ce tableau fut conçu de manière à faire apparaître la périodicité des éléments. Ainsi
les éléments y sont classés verticalement. Les rangées horizontales se succèdent
représentant les éléments de la même "famille".
Pour pouvoir appliquer la loi qu'il croyait juste, il dut laisser certaines cases vides. Il
était convaincu qu'un jour ces cases vides correspondant aux masses atomiques 45,
68, 70, 180, ne le seraient plus, et les découvertes futures allaient confirmer cette
conviction. Il réussit même à prévoir les propriétés chimiques de trois éléments
manquant en se basant sur les propriétés des quatre éléments voisins. Entre 1875 et
1886, ces trois éléments que sont le gallium, le scandium et le germanium, furent
découverts et ils possédaient bien les propriétés prédites.
Comment se servir de ce tableau ?
- les atomes sont classés par masse atomique croissante
- dans une case on voit plusieurs informations :
o le symbole de l’atome
o le nom de l’élément
o la masse atomique (qui correspond à la masse d’une mole de cet
élément, une mole est une unité qui correspond à un certain nombre
d’atomes)
o le numéro atomique qui correspond au nombre de protons (qui est égal
au nombre d’électrons)
Quelques tests de reconnaissance
Pour les métaux :
Couleur
- jaune : de l’or
- rouge (orangé) : du cuivre
- gris : zinc, fer, aluminium, plomb, argent
Corrosion :
- l’or ne s’oxyde pas, il est inaltérable
- le cuivre s’oxyde et prend une couleur ‘’vert-de-gris’’
- le zinc, l’aluminium et le plomb s’oxydent en blanchissant
- l’argent noircit en s’oxydant
- le fer rouille

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Masse volumique :
- l’argent et le plomb ont une masse volumique importante
- l’aluminium a une faible masse volumique
Métal
Masse volumique en g/cm3
or
19,3
cuivre
8,92
zinc
7,15
fer
7,86
aluminium
2,7
plomb
11,35
argent
10,5
Aimantation :
- seul le fer s’aimante
Pour l’eau : test au sulfate de cuivre anhydre
Le sulfate de cuivre anhydre est une poudre blanche qui devient bleue en présence
d’eau. Pour faire un test au sulfate de cuivre anhydre, il suffit de mettre une goutte
du liquide à tester sur un peu de sulfate de cuivre anhydre. Si celui-ci devient bleu, le
liquide contient de l’eau. Si on doit tester une substance solide (tranche de pomme
par exemple), il suffit de déposer un peu de sulfate de cuivre anhydre dessus.
Pour le dioxyde de carbone : test à l’eau de chaux
L’eau de chaux est un liquide limpide (et corrosif) qui se trouble en présence de
dioxyde de carbone. Pour faire un test à l’eau de chaux, il suffit de faire barboter le
gaz dans de l’eau de chaux, si celle-ci se trouble, le gaz contient du dioxyde de
carbone. Il est aussi possible de verser un peu d’eau de chaux dans un flacon
contenant le gaz et agiter le flacon et voir si l’eau de chaux se trouble.
Pour le dioxygène : ravive l’incandescence
Le dioxygène ravive l’incandescence d’un morceau de fusain ou de bois. Pour mettre
en évidence le dioxygène, on place un morceau de fusain ou de bois incandescent
dans un flacon contenant le gaz, si l’incandescence est ravivée, il s’agit de
dioxygène.
A retenir
Un atome est composé d’un noyau chargé positivement autour duquel tournent des
électrons chargés négativement. Un atome est électriquement neutre.
Une molécule est formée de plusieurs atomes.
On reconnaît le fer car il s’aimante.
On met en évidence l’eau grâce au test au sulfate de cuivre anhydre (il devient bleu).
On met en évidence la présence de dioxyde de carbone grâce au test à l’eau de
chaux (elle se trouble).
Le dioxygène ravive l’incandescence d’une buchette ou d’un morceau de fusain.

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Un peu d’histoire
Le coin vidéo :
Vous pouvez retrouver la vidéo sur le blog (http://physiquetilleuls.eklablog.fr) ou bien
en utilisant le lien :
https://www.youtube.com/watch?v=1VOXpmqtze4
En bref :
Il y a environ 2500 ans, Démocrite avait déduit l’existence des atomes. Il les définit
comme les plus petites parties de la matière, ils ne peuvent pas être coupés. Il
imagine qu’il y a un nombre fini d’atomes et qu’ils ont des caractéristiques qui leurs
permettent de se lier entre eux (atomes crochus). Il pose ainsi les bases de la chimie
moderne. Malheureusement, c’est la théorie d’Aristote qui définit la matière comme
un mélange des quatre éléments, qui va prendre le dessus jusqu’au 19ième siècle.
Quelques ordres de grandeur
Un humain : entre un et deux mètres
Un tissus (ex : muscle) : quelques centimètres
Une cellule : un micromètre (10-6 m, un millionième de mètre)
Une molécule : de l’ordre du nanomètre (10-9 m, un milliardième de mètre)
Un atome : de l’ordre de l’Angström (10-10 m ; un dixième de milliardième de mètre)
Le noyau de l’atome : de l’ordre du femtomètre (10-15 m, cent mille fois plus petit
que l’atome)
L’électron : taille inférieure à 10-22 m…
Fiches méthodes associées
Démarche scientifique
Rédaction
Schéma
Classification périodique des éléments

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Entrainement
On a un mélange de poudre de fer et de poudre de zinc, comment les séparer ?
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Comment montrer que l’air que l’on expire contient du dioxyde de carbone ?
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Comment montrer qu’une bougie consomme du dioxygène ?
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Comment montrer que la combustion d’une bougie produit du dioxyde de
carbone ?
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Eva Nouï trouve une vielle pièce de monnaie chez ses grands-parents. C’est une pièce de 5
francs de 1947. Elle est grise et très légère. Eva essaie de l’aimanter mais la pièce ne
s’aimante pas. Sachant que cette pièce est constituée d’un métal courant, déduire de quel
métal il s’agit.
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