Révisions de chimie

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Révisions de chimie
Table des matières
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Quelques aspects de la matière : Atome, Molécules et Ions
1.1 Les constituants de la matière . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Les atomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.1 Le noyau central . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2 Le nuage électronique. Les couches électroniques
1.2.3 Quelques atomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3 Classification périodique des des éléments . . . . . . . .
1.3.1 règle du duet et règle de l’octet . . . . . . . . . . .
1.3.2 Les molécules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.3 Représentation plane de Lewis . . . . . . . . . . .
PAUL MILAN
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QUELQUES ASPECTS DE LA MATIÈRE : ATOME, MOLÉCULES ET IONS
Avant propos
Ces rappels de chimie comportent trois parties. Les parties 1 et 2 sont essentiellement descriptives. La partie 3 est plus quantitative.
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Quelques aspects de la matière : Atome, Molécules
et Ions
1.1
Les constituants de la matière
En classe de terminale on considère que la matière est constituée de neutrons,
de protons et d’électrons.
Particule
Charge
Masse
Neutron
0
mn = 1, 675 × 10−27 kg
Proton
+e
m p = 1, 673 × 10−27 kg
Électron
−e
me = 9, 109 × 10−31 kg
La charge élémentaire, en coulomb, est e = 1, 603 × 10−19 C. Toute charge
électrique est un multiple de cette charge élémentaire.
Nous allons maintenant revenir rapidement sur la constitution d’un atome,
d’un ion simple et d’une molécule.
1.2
Les atomes
Un atome est constitué d’un noyau central et d’un nuage électronique. Le diamètre d’un noyau est de l’ordre de 10−15 m. Le diamètre d’un atome est de l’ordre
de 10−10 m .
1.2.1
Le noyau central
Par exemple, l’atome de chlore le plus abondant dans la nature possède un
noyau central contenant Z = 17 protons positifs et N = 18 neutrons. Le nombre
de nucléons (protons et neutrons) est donc A = Z + N = 17 + 18 = 35. On
symbolise ce noyau par 35
17Cl.
Z = 17 est également appelé le numéro atomique. C’est le numéro de la case
du tableau périodique des éléments dans laquelle se trouve le chlore.
1.2.2
Le nuage électronique. Les couches électroniques
ê Loin du noyau gravitent des électrons. Un atome étant électriquement neutre possédera autant d’électrons négatifs gravitant autour du noyau que de
protons positifs dans le noyau. Leur mouvement, très complexe, ne peut
pas être étudié en mécanique classique. Une mécanique plus récente, la
mécanique quantique, parle de probabilité de présence des électrons dans
un nuage électronique.
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1.3
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C LASSIFICATION PÉRIODIQUE DES DES ÉLÉMENTS
ê En classe de TS on se contente d’utiliser l’ancien modèle planétaire de Bohr
(danois : 1885 - 1962) qui répartit les électrons sur des couches K, L, M, . . .
Par exemple, l’atome de chlore possédant 17 protons positifs pk dans le
noyau aura donc 17 électrons négatifs e− répartis, dans son état fondamental, sur trois couches (K )2 , ( L)8 , ( M )7 , situées loin du noyau.
Règle 1 : Règle de répartition des électrons en couches.
La couche n contient au maximum 2 × n2 électrons.
La couche n
La couche n
La couche n
La couche n
1.2.3
= 1 (K )
= 2 ( L)
= 3 ( M)
= ...
contient au maximum 2 × 12 = 2 électrons
contient au maximum 2 × 22 = 8 électrons
contient au maximum 2 × 32 = 18 électrons
contient au maximum . . .
Quelques atomes
Le modèle de Lewis d’un atome ne représente que la couche externe du nuage
électronique.
Atome
Formule électronique
Modèle de Lewis
1H
( K )1
H.
3C
( K )2 ( L )4
.
.
.C
.
7N
( K )2 ( L )5
8O
( K )2 ( L )6
..
.O.
..
17Cl
( K )2 ( L )8 ( M )7
..
.
. Cl .
..
..
.
.N
.
ou
Remarque : Tous les atomes de même numéro atomique Z ont le même nom
et le même symbole : ils appartiennent au même élément. On les appelle des
37
isotopes (voir l’étymologie du mot). C’est le cas des atomes 35
17Cl et 17Cl.
Un élément est donc caractérisé par son symbole et son numéro atomique Z.
1.3
Classification périodique des des éléments
Si l’on regarde les trois première lignes : un élélment de la 3ìeme ligne possède
3 couches d’électrons.
Un atome possède au maximum 8 électrons sur sa dernière couche (couche
périphérique).
PAUL MILAN
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QUELQUES ASPECTS DE LA MATIÈRE : ATOME, MOLÉCULES ET IONS
Ces atome qui possède 8 électrons sur leur couche périphérique s’appelle les
gaz nobles Ces gaz sont stables.
Lors de transformations chimiques, les atomes évoluent pour acquérir la structure électronique du gaz noble le plus proche d’eux dans le tableau périodique.
Ils acquièrent ainsi une plus grande stabilité. Ils obéissent soit à la règle du duet,
soit à la règle de l’octet
1.3.1
règle du duet et règle de l’octet
Règle 2 : ê Règle du duet : Les atomes proches de l’hélium évoluent
pour acquérir deux électrons externes comme l’hélium He.
ê Règle de l’octet : Les autres atomes évoluent pour acquérir huit électrons
sur leur couche externe comme les gaz nobles et stables (autres que He)
Ces évolutions aboutissent à des molécules ou à des ions.
1.3.2
Les molécules
On utilise la représentation plane de Lewis ou celle "tridimensionnelle" de
Cram.
1.3.3
Représentation plane de Lewis
Pour former une molécule, les atomes s’associent en formant des liaisons covalentes.
Une liaison covalente est formée par un doublet liant résultant de la mise en
commun de deux électrons fournis par chacun des atomes liés.
Cette liaison est représentée par un trait entre les deux atomes liés.
Un doublet de la couche externe d’un atome qui ne sert pas à établir une liaison avec un atome voisin est un doublet non liant. Il est également représenté par
un tiret proche de l’atome.
Le modèle de Lewis représente la molécule dans un plan. On y place tous les
doublets liants et non liants.
PAUL MILAN
23 janvier 2011
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