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PARTIE II ARCHITECTURE DE LA MATIERE Partie 1 Classification périodique des éléments et électronégativité. CHAPITRE 1 - Atomistique et configuration électronique d’un atome. Partie I. Notions et contenus Capacités exigibles (CE) Isotopes, abondance isotopique, stabilité. Ordres de grandeur de la taille d’un atome et des charges de l’électron et du noyau. Quantification de l’énergie et spectroscopies (UV- Visible, IR, RMN). Utiliser un vocabulaire précis : élément, atome, corps simple, espèce chimique, entité chimique. A ECA Associer un type de transition énergétique au domaine du spectre électromagnétique correspondant. Déterminer la longueur d’onde d’une radiation émise ou absorbée à partir de la valeur de la transition énergétique mise en jeu, et inversement. Établir un diagramme qualitatif des niveaux d’énergie électroniques d'un atome donné. Le thermomètre isotopique : Vidéo n°1 https://www.youtube.com/watch?v=9lTuoKXkC18 Spectroscopie autour de nous : 1 NA I- Ordres de grandeur de la taille d’un atome et des charges de l’électron et du noyau - Isotopes, abondance isotopique, stabilité. 1-Ordres de grandeur de la taille d’un atome et des charges de l’électron et du noyau. Document 1 :Vidéon°2surl’histoiredel’atome https://www.youtube.com/watch?v=dV8O_UbAT7k Document 2 : Ordres de grandeur des tailles dans l’atome : Document 3 : Document 4 : 2 Document 5 : Les protons et les neutrons sont composés de quarks up et down, que l’on appelle les « quarks de première génération », mais il existe quatre autres types de quarks : « strange », « charm », « top » et « bottom » : Document 6 :L’électron ne semble pas être constitué de particules plus petites : c’est une particule élémentaire, mais qui appartient à une autre famille que les quarks, celle des leptons. Comme les quarks, les leptons sont au nombre de six et peuvent être divisés en trois générations : Toute la matière qui nous entoure est composé de quarks et de leptons (de première génération principalement puisqu’il sont plus stables que leurs homologues de deuxième et troisième génération). 3 Travail à faire : 1- En vous aidant du document n°1 (vidéo) et de toutes autres ressources, attribuer à chaque personnage une des dates proposées et la bonne citation. 2- Compléter la frise chronologique « modèle de l’atome à travers le temps » 4 3-Compléter le schéma suivant : 4-Donner la différence fondamentale entre les quarks et les leptons ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 5- Protons, neutrons et électrons sont-ils des particules élémentaires ? ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 2- Isotopes, abondance isotopique, stabilité. Document 1 : 5 Document 2 : A propos des isotopes : Document 3 : Abondance isotopiques des quelques éléments chimiques : Document 4 : Extraits de la classification périodique 6 Document 5 : Une vidéo sur les corps purs : Vidéo n°3 https://www.youtube.com/watch?v=pNGwr2_K9j8 Document 6 : Stable ou pas ? Vidéo n°4 : https://www.youtube.com/watch?v=VZHpAwSGYZE Travail à faire : 1-Définir le mot isotope. ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 2- À l’aide des différents documents, retrouver pour les éléments Carbone et Chlore leurs masses 12 13 35 atomiques relatives. On donne les masses atomique C : 12,000 u ; C : 13,003 u ; Cl : 34,969 u ; 37 Cl : 36,966 u ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 20 3- Le néon possède deux isotopes, la masse du Néon 20 ( Ne) est égale à 19,992 u, tandis que celle du 22 Néon 22 ( Ne) est égale à 21,991 u. Sachant que la masse atomique moyenne du Néon est de 20,192 u, déterminer le pourcentage isotopique de chacun des isotopes. ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 7 4- À partir du document 5, écrire un paragraphe de synthèse en utilisant le vocabulaire suivant : élément, atome, corps simple, espèce chimique, entité chimique. BO : Utiliser un vocabulaire précis : élément, atome, corps simple, espèce chimique, entité chimique. réussi seul avecuncamarade Avecunappelprofesseur partiellement ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 5- À partir du document 6, expliquer quelles interactions rencontre-t-on dans les noyaux, les classer en forces attractives et non attractives. Donner les différents types de rayonnements radioactifs. Combien de noyaux sont connus, combien sont stables ? ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 8 II-Quantification de l’énergie et spectroscopies (UV-Visible, IR, RMN). Document 1 : spectre électromagnétique et spectroscopies Document 2 : A propos de la RMN Il existe différentes spectroscopies RMN selon l'atome étudié. Nous n'étudierons que l'atome d'hydrogène. L'interprétation et la mesure de ce type de spectre permettent d'avoir des informations précieuses sur : • • • • • • la nature et le nombre d'atomes voisins des noyaux étudiés, la liaison chimique, la conformation moléculaire, les distances interatomiques, la mobilité moléculaire, etc. 9 Document 3 : Document 4 : Vidéo, l’électron dans tous ses états (Synchrotron Soleil) : Vidéo n°5 :https://www.youtube.com/watch?v=9Uf_LNULgeo Document 5 : Interaction matière-rayonnement Absorption et émission d’un photon 10 Document 6 : Vidéo n°6v https://www.youtube.com/watch?v=MIOUvN5PFgk+ Document 7 : Travail à faire : 1-Au cours de l’histoire, on a eu recours à plusieurs modèles de l’atome, pourquoi a-t-on besoin de modéliser l’atome ? (Document 3) ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 2-Pourquoi la spectroscopie RMN n’apparaît pas dans le document n°1 ? ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 11 3- À l’aide du document n°4, donner l’unité de la constante de Planck, rechercher sa valeur. ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 4- Que pouvez-vous dire de l’énergie de l’atome d’hydrogène ? (Documents 4, 6 et 7) ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 5- Etablir le diagramme des niveaux d’énergie électroniques de l’atome d’hydrogène, y faire apparaître le niveau fondamental et les niveaux excités. BO : Établir un diagramme qualitatif des niveaux d’énergie électroniques d'un atome donné. réussi seul avecuncamarade Avecunappelprofesseur partiellement ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 12 6- À quelle série appartiennent les raies visibles du spectre d’émission de l’atome d’hydrogène ? Retrouver par le calcul les longueurs d’onde correspondantes. BO : Déterminer la longueur d’onde d’une radiation émise ou absorbée à partir de la valeur de la transition énergétique mise en jeu, et inversement. réussi seul avecuncamarade Avecunappelprofesseur partiellement ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 13 7- Définir les séries de Lyman et de Paschen, à quels domaines du spectre électromagnétique sont-elles associées ? BO : Associer un type de transition énergétique au domaine du spectre électromagnétique correspondant. réussi seul avecuncamarade Avecunappelprofesseur partiellement ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 8- Définir l’énergie d’ionisation, quelle est sa valeur pour l’atome d’hydrogène ? ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 14 PARTIE II ARCHITECTURE DE LA MATIERE Partie 1 Classification périodique des éléments et électronégativité. CHAPITRE 1 - Atomistique et configuration électronique d’un atome. Partie II. Notions et contenus Nombres quantiques n, l, ml et m s. Configuration électronique d’un atome et d’un ion monoatomique. Électrons de cœur et de valence. Capacités exigibles (CE) A ECA Établir la configuration électronique d’un atome dans son état fondamental (la connaissance des exceptions à la règle de Klechkowski n’est pas exigible). Déterminer le nombre d’électrons non appariés d’un atome dans son état fondamental. Prévoir la formule des ions monoatomiques d’un élément. I- Nombres quantiques n, l, ml et m s - Configuration électronique d’un atome et d’un ion monoatomique. Document 1 : Vidéo n°7 sur les nombres quantiques https://www.youtube.com/watch?v=VCaAMoTdEVY Document 2 : Vidéo n°8 sur l’ordre de remplissage des orbitales atomiques https://www.youtube.com/watch?v=Juqidrmx82g Document 3 :A propos du nombre de spin : Pour modéliser le comportement de l'électron dans l'atome, un, puis trois, puis quatre nombres quantiques lui ont été affectés. Le quatrième est le spin, qui fait de l'électron "l'aimant ultime" de la matière : Vidéo n°9 https://www.youtube.com/watch?v=tcpBwgN5hlE Document 4 : Le modèle de Schrödinger-les orbitales atomiques (OA) 15 NA Document 5 : 16 Travail à faire : 1-Compléter les tableaux suivants : n l ml ml NOM VALEURS POSSIBLES Valeurs de l Lettres associées 0 1 2 3 4 2-Qu’est-ce qu’une orbitale atomique ? Combien de nombres quantiques permettent de définir une orbitale atomique ? ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 3- Donner toutes les OA caractérisées par n = 1 ; 2 et 3. ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 17 4-Qu’est-ce qui différencie les OA de l’atome d’hydrogène des OA des atomes polyélectroniques ? ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 5-Donner les règles de remplissage des OA. ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 18 6-Donner la configuration électronique dans leur état fondamental des atomes suivants : H (Z=1) ; C (Z=6) ; O (Z=8) ; Cl (Z=17) ; Fe (Z=26) ; Ni (Z=28). Combien d’électrons non appariés trouve-t-on dans ces atomes ? BO : Établir la configuration électronique d’un atome dans son état fondamental (la connaissance des exceptions à la règle de Klechkowski n’est pas exigible). BO : Déterminer le nombre d’électrons non appariés d’un atome dans son état fondamental. réussi seul avecuncamarade Avecunappelprofesseur partiellement ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 7- Exceptions : Donner la configuration électronique des atomes suivants : Cr (Z=24) ; Cu (Z=29). Commenter BO : Établir la configuration électronique d’un atome dans son état fondamental (la connaissance des exceptions à la règle de Klechkowski n’est pas exigible). réussi seul avecuncamarade Avecunappelprofesseur partiellement ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 19 III- Électrons de cœur et de valence. Document 1 : Des électrons tous équivalents ? Une partie d’exercice corrigé : Document 2 : Prévision des charges des ions stables Les configurations électroniques les plus stables sont en général : • Des sous-couches de valence à demi-remplies. • Ou des sous-couches de valence pleines. Travail à faire : 1-Définir les électrons de cœur et les électrons de valence d’un atome. ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 2- Identifier les électrons de cœur et de valence des atomes suivants : C (Z=6) ; O (Z=8) ; Cl (Z=17) ; Fe (Z=26) ; Zn (Z=30). ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... …………………………………………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………………………………………... 20 3- Donner la formule et la configuration électroniques dans leur état fondamental des ions issus des atomes suivants : O (Z=8) ; Cl (Z=17) ; Na (Z=11) et Mg (Z=12). BO : Prévoir la formule des ions monoatomiques d’un élément. réussi seul avecuncamarade Avecunappelprofesseur partiellement ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 3- Donner la configuration électronique dans leur état fondamental des ions du Fer, un de ces ions est plus stable que l’autre, justifier. BO : Prévoir la formule des ions monoatomiques d’un élément. réussi seul avecuncamarade Avecunappelprofesseur partiellement ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... ………………………………………………………………………………………………………………………….... 21
