Des atomes aux ions

Des atomes aux ions
Q cours (1 heure)
£ TP
Q séance d’exercices
£ contrôle
1. Programme
II – Constitution de la matière
2.1. Les règles du « duet » et de l’octet
a) Énoncé des règles de stabilité des atomes de gaz nobles (ou « rares »), inertie chimique.
b) Application aux ions monoatomiques stables.
Connaître les règles du « duet » et de l’octet et savoir les appliquer pour rendre compte des charges des ions
monoatomiques existants dans la nature.
2. Prérequis
Constitution des atomes
Répartition des électrons en couches.
Utilisation de la classification périodique pour trouver le nom et le numéro atomique d’un élément.
3. Type(s) d’action à mettre en œuvre dans la séance :
apport de connaissances
compréhension d’une notion
entraînement à l’utilisation d’une notion
mémorisation
évaluation des acquis
évaluation (contrôle)
x
x
x
x
x
4. Objectifs : les actions des élèves
Faire le point sur les connaissances acquises du Collège sur les ions et composés ioniques.
Combattre l’idée fausse qu’un ion (positif ou négatif) isolé peut exister.
Découvrir et utiliser les règles qui permettent d’expliquer la charge des ions monoatomiques.
6. Organisation de la séance :
Le document est conservé par l’élève : il peut donc répondre directement sur celui-ci.
Chaque élève travaille seul. La correction peut se faire éventuellement en classe entière.
Prévoir des exercices pour les élèves plus rapides.
Des atomes aux ions…
I – Qu’est-ce qu’un ion ?
C’est le chimiste suédois Svante August Arrhenius qui fut le premier, vers 1880, à découvrir que certaines
substances en solution se trouvent sous la forme d’ions et non de molécules.
Un ion est un atome qui a gagné ou perdu un (ou plusieurs) électron(s).
Pour qu’un atome gagne un (ou plusieurs) électrons(s), il faut qu’un autre atome lui en donne un (ou plusieurs).
Exemple du sel de cuisine :
On extrait le sel de cuisine dans les marais salants et les mines de sel. On peut le fabriquer artificiellement au
laboratoire : on fait réagir le métal sodium Na avec le gaz dichlore Cl2 (la réaction est violente !). Il se forme à la fin
de la transformation du chlorure de sodium : c’est un solide constitué d’ions sodium Na+ et d’ions chlorure Cl– .
Complétez le texte suivant avec les mots qui conviennent :
négatifs ; chlorure ; perdu ; sodium ; gagné ; chlore ; Na+ ; Cl– ; positifs ; e - (certains mots peuvent être utilisés plusieurs fois)
Formation des ions . . .
Formation des ions . . .
Les atomes Na se transforment en ions . . .
Les atomes Cl se transforment en ions . . .
Les ions . . . . . . . . . sont des atomes de . . . . . . . . . qui ont
Les ions . . . . . . . . . . sont des atomes de . . . . . . . . . . . qui
. . . . . . . . . un électron.
ont . . . . . . . . . un électron.
Ce qui s’écrit :
Na - . . . → . . .
ou encore :
Na → . . . + . . .
Cl + . . . → . . .
Ce qui s’écrit :
L’électron gagné par l’ion . . . . . . . . . . . .a été donné par l’atome de . . . . . . . . . . . .
Pour que la matière reste électriquement neutre, des ions . . . . . . . . . .sont toujours associés à des ions . . . . . . . . . .
« La matière est électriquement neutre » - Parmi les phrases suivantes, rayez celles qui sont fausses :
a)
b)
c)
d)
La matière ne peut pas être formée d’ions sinon elle serait chargée électriquement.
La matière peut être constituée d’ions positifs et négatifs dont les charges électriques se compensent.
Lorsqu’ils sont associés, les ions positifs et négatifs perdent chacun leur charge électrique.
On ne peut pas trouver d’ions isolés : les ions positifs sont toujours accompagnés d’ions négatifs.
II – Ce qui explique la charge des ions…
1. Pour ressembler aux gaz inertes
Rè gle de s ta bil ité : Pour être plus stable, un atome veut ressembler au gaz inerte (ou gaz rare) le plus proche de lui.
Pour cela, il gagne ou perd un (ou plusieurs) électron(s).
L’ion qu’il forme a ainsi la répartition électronique du gaz inerte le plus proche de cet atome dans la classification.
En utilisant cette règle, trouvez quelle est la bonne réponse :
Pour être plus stable, l’atome
1 3Al veut ressembler :
a) à l’argon 1 8 Ar de répartition électronique (K)2 (L)8 (M)8 .
Pour cela, il gagne 5 électrons et devient l’ion Al5-.
b) au néon 1 0 Ne de répartition électronique (K)2 (L)8 . Pour
cela, il perd 3 électrons et devient l’ion Al3+.
c) à l’oxygène 8 O de répartition électronique (K)2 (L)6 .
Pour cela, il perd 5 électrons et devient l’ion Al5+.
1
4
H
1
7
He
9
11
Li Be
3
23
B
4
24
5
27
Na Mg
11
39
12
40
Al
45
K Ca Sc
19
85
20
88
Rb Sr
37
133
38
138
21
89
Y
39
139
48
Ti
22
90
51
V
23
93
52
56
57
56
59
58
63
64
13
69
C
6
28
Si
14
74
14
N
7
31
P
15
75
16
O
8
32
S
16
80
Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se
24
98
25
99
26
102
27
103
28
106
29
107
30
114
31
115
32
120
33
121
34
128
Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te
40
180
41
181
42
184
Cs Ba La Hf Ta W
55
55
12
72
73
74
43
185
44
192
Re Os
75
76
45
193
Ir
77
46
195
Pt
78
47
197
48
202
49
205
50
208
51
209
52
210
19
F
9
35
2
20
Ne
10
40
Cl Ar
17
79
18
84
Br Kr
35
127
I
53
218
36
129
Xe
54
222
Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
79
80
81
82
83
84
85
86
2. La couche externe des gaz inertes
Les gaz inertes (ou gaz rares) sont appelés ainsi car ils ne réagissent pratiquement pas avec les autres éléments chimiques.
Ceci est du à un point commun de leurs couches électroniques externes.
Trouvez ce point commun en cherchant les répartitions électroniques des gaz inertes suivants : 1 0 Ne ; 1 8 Ar et 3 6Kr .
La règle de stabilité vue précédemment devient la r èg le de l’oc te t (du latin « octo » = 8) si on compare la couche
externe d’un atome avec la couche externe du gaz inerte le plus proche.
À vous de retrouver cette règle de l’octet en remettant de l’ordre dans cette phrase :
Rè gle de l’octe t :
cherche sur sa couche externe pour être plus stable 8 électrons le plus proche de lui comme le gaz inerte un atome à avoir
............................................................................................................
............................................................................................................
3. Utiliser la règle de l’octet pour trouver la charge des ions
Mé thode :
u Écrire les répartitions électroniques de l’atome et du gaz inerte le plus proche de l’atome.
v Trouver le nombre d’électrons que doit perdre ou gagner l’atome.
w Écrire la charge de l’ion formé.
Entraînements :
j En utilisant la règle de l’octet, trouvez les ions stables que forment :
− l’atome de fluor 9 F :
−
l’atome de soufre
16
S :
k Dans chacun des cas suivants, entourer la bonne réponse et la justifier :
a) L’élément calcium donne facilement des ions Ca + / Ca 2+ / Ca 3+
b) Le brome donne facilement des ions Br+ / Br2+ / Br –
4. Exceptions à la règle de l’octet
Les atomes 1 H ; 3 Li et 4 Be obéissent à une autre règle appelée rè gle d u due t (du latin « duo » = 2).
Complétez cette règle qu’il faut également connaître :
Rè gle du due t : Les atomes du début de la classification (H, Li et Be) cherchent à avoir . . . électrons sur leur couche K
comme le gaz inerte le plus . . . . . . . . : c’est à dire l’ . . . . . . . .
Utilisez cette règle du duet pour trouver quels ions vont donner les atomes 1 H ; 3 Li et 4 Be :
Remarque : l’atome d’hydrogène peut aussi donner l’ion H+ .
5. Exercice-bilan pour tester vos connaissances
Parmi les éléments suivants, quels sont ceux qui forment des ions ayant la même répartition électronique ?
1 7 Cl
8O
2 0Ca
1 1 Na
16S
4 Be
19K