LES ELEMENTS CHIMIQUES DANS L`UNiVERS
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2de / Chapitre 7 LES ELEMENTS CHIMIQUES DANS L’ UNiVERS GRÂCE AUX MESSAGES DE LA LUMiÈRE 1/ DÉFİNİTİON D’UN ÉLÉMENT CHİMİQUE : a - Structure des atomes : Un atome est constitué d’un noyau chargé positivement autour duquel des électrons chargés négativement sont en mouvement. Un atome est électriquement neutre donc contient autant d’électrons que de protons. Modèle de l’atome de lithium Le noyau : Le noyau d’un atome est constitué de nucléons, regroupés en deux catégories : - les protons, porteurs d’une charge électrique positive - les neutrons, qui ne portent pas de charge électrique Le noyau d’un atome, noté X de manière générale, est donc caractérisé par : - son nombre de protons Z - son nombre de neutrons N - son nombre de nucléons A ( = N + Z ) A Z X représentation symbolique du noyau Le cortège électronique : Les électrons sont en mouvement autour du noyau et portent une charge électrique négative opposée à celle du proton. Sachant qu’un atome contient autant d’électrons que de protons, son nombre d’électrons égal à Z . Les électrons se répartissent en couches autour du noyau : - la première couche K peut contenir jusqu’à 2 électrons - la deuxième couche L peut contenir jusqu’à 8 électrons - la troisième couche M peut contenir jusqu’à 18 électrons Règle de remplissage : Les électrons occupent d’abord la couche K, puis quand elle est saturée occupent la couche L, puis quand celle-ci est saturée à son tour la couche M . . . Exemple : L’atome de chlore 35 17 Cl possède 17 électrons - 2 sur la couche K - 8 sur la couche L - 7 sur la couche M Sa répartition électronique s’écrit : (K)2(L)8(M)7 b - Les ions et les molécules : Au cours de réactions chimiques, certains atomes peuvent se lier et former des molécules. Les molécules sont électriquement neutres et leur formation dépend de la répartition électronique des atomes qui les constituent. Au cours de certaines transformations chimiques, des atomes peuvent perdre ou gagner des électrons : - en perdant des électrons, les atomes se transforment en cations . Exemples : Na+ , Fe3+ , Cu2+ . . . - en gagnant des électrons, les atomes se transforment en anions . Exemples : Cl- , O2- . . . Lors de ces transformations chimiques, le noyau reste inchangé : seul le cortège électronique est modifié. Exemples : L’atome de magnésium Mg et l’ion magnésium Mg2+ ont tous les deux le même noyau mais ont une structure électronique différente 24 12 Mg2+ Mg Répartition électronique Exemple 2 : L’atome de fluor F et l’ion fluorure F- ont tous les deux le même noyau mais ont une structure électronique différente 9 19 F- F Répartition électronique c - L’élément chimique : Le métal cuivre Cu , l’ion cuivre Cu 2+, l’hydroxyde de cuivre Cu(OH)2 et l’oxyde de cuivre CuO sont tous les quatre des représentants de l’élément cuivre. L’élément cuivre représente ce qui est commun au métal cuivre et à tous ses composés, malgré la diversité de leurs apparences. Un élément chimique est caractérisé par son nombre de protons Z . Tous les représentants (atome, ion ou molécule) de cet élément comportent le même nombre de protons, même s’ils différent par leur nombre d’électrons ou de neutrons. Lors des réactions chimiques, les éléments chimiques se conservent car seul le cortège électronique est modifié (pas le nombre de protons). Exercices : n°1,2,3,4 (photocopiés) 2/ CLASSİFİCATİON PÉRİODİQUE DES ÉLÉMENTS : Activité n°1 a - Principes de construction de la classification : La classification périodique actuelle comporte plus de 100 éléments et repose sur les principes suivants : - les éléments sont classés par numéros atomiques Z croissants - une nouvelle ligne du tableau (appelée période) est utilisée chaque fois que le remplissage électronique fait intervenir une nouvelle couche - une colonne contient les éléments qui ont le même nombre d’électrons sur leur couche externe Ainsi, connaissant la position d’un élément dans la classification, on peut en déduire des informations sur sa répartition électronique. Exemples : Mg est situé dans la deuxième colonne donc possède deux électrons sur sa couche externe Al est situé dans la troisième ligne donc sa couche externe est la couche M b - Les familles d’éléments : Une famille est constituée par des éléments d’une même colonne de la classification. Ces éléments ont donc le même nombre d’électrons sur leur couche externe, ce qui leur procure des propriétés chimiques similaires. Exemples : - les éléments de la première colonne (Li, Na, K, Rb, Cs) constituent la famille des alcalins. Ils possèdent tous un seul électron sur leur couche externe. - les éléments de la septième colonne (F, Cl, Br, I) constituent la famille des halogènes. Ils possèdent tous sept électrons sur leur couche externe. - les éléments de la huitième colonne (He, Ne, Ar, Kr, Xe) constituent la famille des gaz nobles. Ils possèdent tous une couche externe saturée. 3/ STABİLİTÉ DES ÉLÉMENTS : a - Les gaz nobles : Les gaz nobles sont les éléments chimiques les plus stables : ils ne participent donc pas aux réactions chimiques et restent sous forme atomique (ils ne forment ni ion ni molécule). Leur stabilité provient de leur couche externe : - deux électrons pour l’hélium : - huit électrons pour les autres : 2He 10Ne 18Ar 36Kr 54Xe : : : : : (K)2 (K)2(L)8 (K)2(L)8 (M)8 (K)2(L)8 (M)18(N)8 (K)2(L)8 (M)18(N)18(O)8 La stabilité des gaz nobles provient de leur couche externe qui contient 8 électrons (ou 2 dans le cas de l’hélium). b - Les autres éléments : Les autres éléments ne sont pas stables. Dès qu’ils en ont la possibilité (lorsqu’ils sont impliqués dans une transformation chimique) ils cherchent à adopter la structure électronique du gaz noble le plus proche d’eux : - les atomes proches de l’hélium évolueront vers une structure électronique stable avec deux électrons périphériques (règle du duet) - les autres atomes évolueront vers une structure électronique stable avec huit électrons périphériques (règle de l’octet) Pour avoir la même structure électronique que le gaz noble le plus proche d’eux, les éléments ont deux possibilités : - soit ils perdent ou gagnent des électrons et se retrouvent sous forme d’ions. Ex : Na : (K)2(L)8 (M)1 Cl : (K)2(L)8 (M)7 Na+ : (K)2(L)8 Cl- : (K)2(L)8(M)8 - soit ils s’associent à d’autres atomes et se retrouvent sous forme de molécules. Exercices : n°8,13,18,21,24 p 282/285
