corrigé

DS
SECONDE
THÈME UNIVERS
L’ATOME ET LES ÉLÉMENTS CHIMIQUES DANS LA CLASSIFICATION PÉRIODIQUE
NOM : ..........................
PRÉNOM
: ...................
CLASSE
: .............
DATE
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Exercice 1 (8 points) (8,00)
40,0
Donnée : -­‐
charge électrique élémentaire, e = 1,60 x 10-­‐19 C Soit un atome de platine (Pt). Le noyau de cet atome contient 195 nucléons et sa charge électrique totale Q est égale à + 1,248 x 10-­‐17 C. 1. Quelle est la charge électrique portée par le nuage électronique de cet atome de platine ? L’atome est neutre électriquement sa charge totale Qtotale est donc nulle 𝑄!"!#$% = 𝑄!"#$% + 𝑄!"!#$%&'( = 0 𝐶 2
𝑄!"!#$%&'( = − 𝑄!"#$% 𝑄!"!#$%&'( = 1,248 x 10!!" C 2. Déterminer est son numéro atomique Z 𝑄!"#$% = 𝑍. 𝑒 𝑄!"#$%
𝑍=
𝑒
1,248 × 10!!"
𝑍=
1,60×10!!!
𝑍 = 78 l’atome possède 78 protons dans son noyau 2
3. Quel est son nombre de neutrons ? 𝑁 = 𝐴 − 𝑍 𝐴 = 195 𝑁 = 195 − 78 𝑁 = 117 Il y a donc 117 neutrons dans le noyau de cet atome 4. Quel est le symbole de son noyau ? Le symbole de cet atome est donc !"#
!"𝑃𝑡 2
2
Exercice 2 (7 points) 7,00 Données : -­‐ masse d’un proton : mp = 1,673 x 10-­‐27 kg ; -­‐ masse d’un neutron : mn = 1,675 x 10-­‐27 kg ; -­‐ 1 année = 31 557 600 secondes. 1. Évaluer la masse m(Al) d’un atome d’aluminium (Z=13 ; A = 27). Le résultat devra être exprimé avec 4 chiffres significatifs. Le noyau de l’atome d’aluminium contient Z protons et 𝐴 − 𝑍 neutrons et Z électrons la masse des électrons est négligeable devant la masse des nucléons La masse de l’atome d’aluminium se réduit à : 𝑚!" = 𝑍. 𝑚!"#$#%& + 𝐴 − 𝑍 . 𝑚!"#$%&!' 𝑚!" = 13×1,673. 10!!" + 27 − 13 ×1,675. 10!!" 𝑚!" = 45,20 . 10!!" 𝑘𝑔 2
2. Un échantillon d’aluminium métallique à pour masse M = 27,0 g. 2.1. Combien cet échantillon contient-­‐il d’atomes d’aluminium ? 𝑀
𝑁!" =
𝑚!"
𝑀 = 27,0 𝑔 𝑚!" = 45,20 . 10!!! 𝑔 27,0
𝑁!" =
45,20 . 10!!!
𝑁!" = 5,97 . 10!" 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑠 dans 27,0 g d’aluminium !"
!"𝐴𝑙 renferment environ Six cents milles de milliards de milliards d’atomes d’aluminium 2.2. Combien d’années faudrait-­‐il pour compter tous ces atomes d’aluminium à raison de un par seconde ? Comparer cette valeur à celle de l’âge du système solaire estimée à 5 x 109 ans (5 milliards d’années) Si on compte au rythme (v = 1 atome.s-­‐1) d’un atome par seconde il faut une durée ∆𝑡 𝑁!"
∆𝑡 =
𝑣
5,97 . 10!"
∆𝑡 =
1
∆𝑡 = 5,97 . 10!" 𝑠 or 1an = 365,25×24×3600 = 𝟑𝟏 𝟓𝟓𝟕 𝟔𝟎𝟎 𝑠 5,97 . 10!" 𝑠
∆𝑡 =
𝟑𝟏 𝟓𝟓𝟕 𝟔𝟎𝟎 ∆𝑡 = 1,89. 10!" 𝑎𝑛𝑛é𝑒𝑠 soit environ 20 millions de milliards d’années comparaison à l’âge du système solaire 1,89. 10!" = 4. 10! 𝑎𝑛𝑠 5. 10! 𝑖𝑙 𝑓𝑎𝑢𝑡𝑑𝑟𝑎𝑖𝑡 𝑒𝑛𝑣𝑖𝑟𝑜𝑛 4 𝑚𝑖𝑙𝑙𝑖𝑜𝑛𝑠 𝑑𝑒 𝑓𝑜𝑖𝑠 𝑙 ! â𝑔𝑒 𝑑𝑢 𝑠𝑦𝑠𝑡ème solaire pour pouvoir finir le décompte de ces atomes 2
2
1
Exercice 4 (8 points) 12,00) Symbole de l’atome ou de l’ion Symbole du noyau Nombre de protons Nom re de neutrons O 17
8
O 8 9 Nombres 8 d’électrons Exercice 5 (13 points) 13,00 Li+ 7
3
Li 3 4 2 Si 28
14
Ca2+ 40
20
Si 14 Ca 20 28-­‐14= 40-­‐20= 14 20 14 20-­‐
2=18 Au 197
79
Au 79 197-­‐
79= 118 79 Br -­‐ 𝐅𝐞𝟐! Al3+ 80
35
56
26
𝟐𝟕
𝟏𝟑𝐀𝐥 Br 35 Fe
26 80-­‐35= 56-­‐26= 45 30 36 24 13 14 10 12
On considère un atome de magnésium (Mg) de numéro atomique Z = 12. 1. Donner la formule électronique de l’atome de magnésium Puisqu’il s’agit de l’atome il y a 12 électrons à répartir : K(2)L(8)M(2) 2. En déduire sa place dans la classification périodique (période et colonne). Z=12 il s’agit du douzième élément de la classification La couche externe est la couche M l’élément est donc sur la troisième période Il renferme 2 électrons périphériques l’élément est donc situé sur la deuxième colonne (famille des métaux alcalino-­‐terreux 1
2
3. A quelle règle, l’atome de magnésium obéit-­‐il en formant un ion ? Énoncer cette règle. Pour gagner en stabilité un atome peut se transformer en ion monoatomique satisfaisant ainsi à la règle de l’octet (ou du duet) Pour gagner en stabilité un atome évolue de façon à acquérir une structure électronique 2
semblable à la structure électronique du gaz noble de numéro atomique le plus proche dans la classification (la couche externe acquiert ainsi une structure en octet ou duet (8 ou 2 électrons (si couche K) périphérique) 4. Quelle est la formule chimique de l’ion que peut donner l’atome de magnésium? Le magnésium a deux électrons périphériques sur la couche M il perd facilement ces deux électrons pour que la couche externe devienne la couche Là 8 électrons. Il aura ainsi la même configuration électronique que le Neon qui est le gaz noble le plus proche du magnésium dans la classification périodiques Sa formule chimique sera : 𝐌𝐠 𝟐! et sa formule électronique K(2)L(8) 5. Quelle est la formule électronique de l’atome de béryllium (Be) situé juste au-­‐dessus du magnésium dans la classification périodique. Cet élément est situé une ligne au dessus du magnésium sa couche externe est la couche L Un élément situé au dessus du magnésium aura la même configuration électronique externe que celui ci car il appartient à la même famille chimique Il renferme 2 électrons périphériques sur la couche externe K Sa formule électronique est donc K(2)L(2) Équation de formation de l’ion Béryllium 𝑩𝒆 → 𝐁𝐞𝟐! + 𝟐𝒆! 6. L’élément chlore appartient à la 17ème colonne (VII) de la classification périodique. 6.1. A quelle famille appartient-­‐il ? Cet élément appartient à la famille des halogènes 2
2
2
6.2. Quelle est la formule de l’ion que peut former l’atome de chlore ? Tous les Halogènes ont sept électrons périphériques pour gagner en stabilité ils peuvent se transformer en ion monoatomique ayant un électrons supplémentaire afin d’avoir une configuration électronique externe à 8 électrons périphériques. Ce faisant ils forme un ion monoatomique porteur d’une charge élémentaire négative. Le chlore formera donc l’ion chlorure 1
𝐂𝐥! 𝒔𝒂 𝒄𝒐𝒖𝒄𝒉𝒆 𝒆𝒙𝒕𝒆𝒓𝒏𝒆 𝒅𝒆 𝒍! 𝒊𝒐𝒏 𝒄𝒉𝒍𝒐𝒓𝒖𝒓𝒆 𝒑𝒐𝒔𝒔è𝒅𝒆𝒂𝒍𝒐𝒓𝒔 𝟖 é𝒍𝒆𝒄𝒕𝒓𝒐𝒏𝒔 𝒑é𝒓𝒊𝒑𝒉é𝒓𝒊𝒒𝒖𝒆𝒔 Équation de formation de l’ion chlorure 𝑪𝒍 + 𝒆! → 𝐂𝐥! 6.3. L’élément magnésium et l’élément chlore peuvent former le composé chimique de formule MgCl2 (chlorure de magnésium). Quelle est la formule chimique du composé chimique que l’élément béryllium (Be) peut former avec l’élément chlore ? Dans le chlorure de magnésium l’ion magnésium est sous la forme 𝐌𝐠 𝟐! Le Béryllium formera donc comme le magnésium un ion monoatomique avec deux charges élémentaires positive, la formule de l’ion formé est donc 𝐁𝐞𝟐! Le chlorure de Béryllium formera un édifice ionique qui est globalement neutre les deux charges positives portées par l’ion 𝐁𝐞𝟐! sont compensées par deux ions chlorure 𝐂𝐥! La formule du chlorure de béryllium est semblable à celle du chlorure de magnésium soit BeCl2 1