Des atomes aux ions

Des atomes aux ions
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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 x
compréhension d’une notion x
entraînement à l’utilisation d’une notion x
mémorisation x
évaluation des acquis x
évaluation (contrôle)
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.

I – Qu’est-ce qu’un ionI – 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 ions . . . . . . . . . sont des atomes de . . . . . . . . . qui ont
. . . . . . . . . un électron.
Ce qui s’écrit : Na - . . . → . . .
ou encore : Na → . . . + . . .
Les atomes Cl se transforment en ions . . .
Les ions . . . . . . . . . . sont des atomes de . . . . . . . . . . . qui
ont . . . . . . . . . un électron.
Ce qui s’écrit : Cl + . . . → . . .
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) La matière ne peut pas être formée d’ions sinon elle serait chargée électriquement.
b) La matière peut être constituée d’ions positifs et négatifs dont les charges électriques se compensent.
c) Lorsqu’ils sont associés, les ions positifs et négatifs perdent chacun leur charge électrique.
d) 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…II – Ce qui explique la charge des ions…
1. Pour ressembler aux gaz inertes
R
Rè èg gl le e d de e s st ta ab bi il li it té é : : 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 Al
13 veut ressembler :
a) à l’argon Ar
18 de répartition électronique (K)2 (L)8 (M)8.
Pour cela, il gagne 5 électrons et devient l’ion Al5-.
b) au néon Ne
10 de répartition électronique (K)2 (L)8. Pour
cela, il perd 3 électrons et devient l’ion Al3+.
c) à l’oxygène O
8 de répartition électronique (K)2 (L)6.
Pour cela, il perd 5 électrons et devient l’ion Al5+.
Des atomes aux ions…Des atomes aux ions…
1 4
H
He
1 2
7 9 11 12 14 16 19 20
Li
Be
BC N OF
Ne
34 5678910
23 24 27 28 31 32 35 40
Na
Mg
Al Si PSCl
Ar
11 12 13 14 15 16 17 18
39 40 45 48 51 52 55 56 59 58 63 64 69 74 75 80 79 84
K
Ca
Sc Ti V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
85 88 89 90 93 98 99 102 103 106 107 114 115 120 121 128 127 129
Rb
Sr Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
133 138 139 180 181 184 185 192 193 195 197 202 205 208 209 210 218 222
Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 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 : Ne
10 ; Ar 18 et Kr 36 .
La règle de stabilité vue précédemment devient la r rè èg gl le e d de e l l’ ’o oc ct te et 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 :
R
Rè èg gl le e d de e l l’ ’o oc ct te et 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
M
Mé ét th ho od de e : :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 F
9 :
− l’atome de soufre S
16 :
k Dans chacun des cas suivants, entourer la bonne réponse et la justifier :
a) L’élément calcium donne facilement des ions Ca+ / Ca2+ / Ca3+
b) Le brome donne facilement des ions Br+ / Br2+ / Br –
4. Exceptions à la règle de l’octet
Les atomes H
1 ; Li 3 et Be 4 obéissent à une autre règle appelée r
rè èg gl le e d du u d du ue et t (du latin « duo » = 2).
Complétez cette règle qu’il faut également connaître :
R
Rè èg gl le e d du u d du ue et 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 H
1 ; Li 3 et Be 4 :
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 ?
Cl
17 O 8 Ca 20 Na 11 S 16 Be 4 K 19