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3ème - cycle 4 - ATOMES, MOLECULES ET IONS

Organisation et transformations de la matière / Collège Debussy / La Guerche-sur-l'Aubois
by

COSTE Olivier

on 19 August 2016

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Transcript of 3ème - cycle 4 - ATOMES, MOLECULES ET IONS

ATOMES,
MOLECULES
ET IONS

Grèce, - 600 environ :
THALES
énonce

la théorie des 4 éléments
AIR
EAU
TERRE
FEU
Tous les corps sont formés d'eau, de
terre, d'air et de feu se combinant
en différentes proportions...
I - LES ATOMES, CONSTITUANTS
DE LA MATIERE

1. Histoire des Sciences :
les modèles de l'atome

Grèce, - 400 environ :
LEUCIPPE
et
DEMOCRITE
énoncent la
théorie atomique
La matière est constituée d'atomes,
corpuscules indivisibles et invisibles
car extrêmement petits.
Un peu comme une dune
de sable constituée de
petits grains de sable...
Mais la théorie atomique est rejetée par
les autres philosophes (dont Aristote) au profit de la
théorie des 4 éléments
...
... qui reste en vigueur jusqu'au 18ème siècle !
Aristote et Platon
(philosophes grecs)

détail de "l'Ecole d'Athènes" de Raphaël (fresque réalisée
entre 1509 et 1512)
Grande-Bretagne, 1808 :
John DALTON
reprend la
théorie atomique
pour pouvoir expliquer certains résultats expérimentaux.
modèle
de l'atome
selon Dalton
Grande-Bretagne, 1897 : Joseph
THOMSON
démontre que les atomes contiennent des
particules électriques négatives, appelées
"
électrons
".
Grande-Bretagne, 1902 : Joseph
THOMSON
propose un nouveau modèle d'atome surnommé le"
pudding aux électrons
".
modèle
de l'atome
selon Thomson
1909 : Ernest
RUTHERFORD
réalise une expérience...
... et constate
que presque toutes
les particules
traversent
la feuille d'or
tandis que
quelques autres
ricochent sur
des obstacles
et sont ainsi déviées.
Mais comment cela est-il possible
si l'atome est une sphère pleine ?
Les particules devraient
TOUTES
rebondir sur la feuille d'or... Alors ?
atomes
constituant
la feuille d'or
émetteur
radioactif
Avec ce modèle, on peut
expliquer les résultats
de l'expérience de 1909 :
émetteur
radioactif
atomes
constituant
la feuille d'or
1911 :
RUTHERFORD
propose le
modèle planétaire
(les électrons tournent autour d'un
noyau, un peu comme les planètes
tournent autour du Soleil).
Les progrès très rapides des Sciences au 20ème siècle ont encore permis d'affiner
la représentation de l'atome.

Actuellement
, on sait qu'il n'est pas possible
d'associer aux électrons une trajectoire bien
définie mais on sait calculer leur probabilité
de présence autour du noyau.

C'est le
modèle
probabiliste
:
Le
noyau
est au centre de l'atome.

Autour du noyau, il y a le
nuage électronique
constitué par l'ensemble des électrons tournant autour du noyau.

Plus le nombre de points violet/rose est important, plus on a de chance d'avoir un électron dans cette zone.
XIXème siècle
modèle de
Dalton
nuage
électronique
noyau
10 m
10 m
- 15
- 10
1902
modèle de
Thomson
1911
modèle
planétaire
Actuellement
modèle
probabiliste
2. Constitution
et dimension
de l'atome

La taille d'un atome est de l'ordre de
soit

.
- 10
3. Le noyau
Il est situé de l'atome

et

contient
presque toute la

de l'atome.
- 15
4. Les électrons ( e- )
Ils sont tous .

La masse des électrons est négligeable devant celle du .

Chaque électron porte une charge électrique .
5. Structure lacunaire de la matière
Entre le noyau et les électrons d'un
atome, il n'y a : c'est le .

Le noyau et les électrons étant très par rapport à l'atome, cela veut dire qu'un atome est surtout fait de : on dit que l'atome a une
.

La matière étant constituée d'atomes, la matière a donc une .
6. Neutralité électrique
La matière est électriquement
dans son état habituel.

La matière étant constituée d'atomes, les atomes sont donc électriquement .

Par conséquent, un atome contient de charges dans le nuage électronique que de charges dans le noyau.

Autrement dit, un atome contient
d' que de .
7. Il existe une centaine de sortes
d'atomes différents : qu'est-ce
qui les différencie ?

Ce qui différencie les atomes les uns des autres, c'est le de
contenus dans le noyau (et donc le nombre d' ).
Exemple : L'atome de carbone contient
6 protons dans le noyau et électrons tournent autour de ce noyau. Tous les atomes qui contiennent protons et
électrons sont des atomes de .
9. Document : le tableau des atomes
II - LES MOLECULES
Une molécule est constituée de
plusieurs atomes liés entre eux
.

Exemples :
nom
eau
méthane
formule
modèle
composition
H O
2
CH
4
Une molécule est électriquement
neutre
.
III - LES IONS
1. Définition
Un ion est un atome ou un groupe d'atomes ayant ou un ou plusieurs .
Un ion est .

2. Les ions négatifs

Un ion négatif est un ou un groupe d' ayant un ou plusieurs .

Un ion négatif est chargé
.

3. Les ions positifs

Un ion positif est



Un ion positif est chargé
.

Cl
O
2
HO
_
_
_
SO
4
2
_
ion
chlorure
ion
oxygène
ion
hydroxyde
ion
sulfate
nom
de l'ion
formule
"origine de l'ion" :
comment l'ion s'est-il formé ?
c'est un atome de chlore ayant 1 électron.
c'est un atome d'
ayant gagné 2 électrons.
c'est un groupe d'atomes (1 atome d'hydrogène et 1 atome d'oxygène) ayant gagné 1 électron.
c'est un groupe d'atomes (1 atome de soufre et 4 atomes d'oxygène) ayant gagné 2 électrons.
Exemples :
Na
+
Cu
2
+
Fe
3
+
NH
4
+
Exemples :
"origine de l'ion" :
comment l'ion s'est-il formé ?
formule
nom
de l'ion
ion
sodium
ion
cuivre
ion
fer III
ion
ammonium
c'est un atome de
ayant 1 électron.
c'est un atome de
ayant perdu 2 électrons.
c'est un groupe d'atomes (1 atome d'azote et 4 atomes d'hydrogène) ayant perdu 1 électron.
c'est un atome de fer
ayant perdu 3 électrons.
IV - EXERCICES
La molécule est électriquement neutre.
C'est la "3" car d'après le tableau des atomes, l'atome d'aluminium contient 13 protons dans le noyau (et donc 13 électrons).
Exercice 10
nb atomes =
masse totale
masse 1 atome
1 g soit 10 kg
10 kg
- 3
- 25
nb atomes =
10
10
- 3
- 25
22
Il y a 10 atomes dans 1 g de cuivre.
22
Il y a 7 atomes sur une longueur de 1,9 nm.
1
2
3
4
5
6
7
1,9
7
= 0,27 environ
Le diamètre d'un atome d'or est d'environ
0,27 nm soit 0,27 x 10 m .
- 9
b) Combien peut-on aligner d'atomes d'or sur une longueur de
2 cm ? Justifier.
nb atomes =
longueur totale
diamètre 1 atome
2 cm soit
2 x 10 m
0,27 x 10 m
nb atomes =
On peut aligner environ 74 millions d'atomes
d'or sur une longueur de 2 cm.
- 2
- 9
2 x 10
- 2
0,27 x 10
- 9
6+
e-
e-
e-
e-
e-
e-
6+
e-
e-
e-
e-
e-
e-
Récapitulatif :
Un atome est constitué d'un

autour duquel

un ou plusieurs .
Le noyau contient des particules que l'on appelle .
La taille du noyau est de l'ordre de

, il
est donc fois plus petit que l'atome.
noyau
tournent
électrons
10 m
0,000 000 000 1 m
nucléons
100 000
10 m
au centre
masse
identiques
noyau
négative
structure lacunaire
vide
petits
rien
vide
neutre
neutres
autant
négatives
positives
nombre
protons
électrons
2 atomes
d'hydrogène
1 atome
d'oxygène
1 atome
de carbone
4 atomes
d'hydrogène
perdu
électrons
chargé électriquement
atome
atomes
gagné
électrons
négativement
gagné
oxygène
positivement
un atome ou un groupe d'atomes ayant perdu un ou plusieurs électrons
.

perdu
cuivre
Exercice 3
La chlorophylle A est indispensable pour la photosynthèse des végétaux verts. La formule chimique de la molécule de chlorophylle A est :
55
5
La molécule contient :
b) Quelle est la charge électrique de cette molécule ?
Exercice 9
Parmi ces trois illustrations (sur lesquelles les neutrons ne sont pas représentés), quelle est celle qui correspond à l'atome d'aluminium ? Justifier.
Exercice 8
a) - A l'aide du tableau des atomes, donner les caractéristiques de
l'atome de fluor (son symbole ; le nombre de protons et d'électrons
qu'il contient).
b) L'ion fluorure formé à partir de cet atome contient 10 électrons.
Le symbole de l'atome de fluor est F .
Exercice 11
Sur ce document obtenu avec un microscope électronique, on observe une minuscule partie de la surface d'une lame d'or.
Chaque petite "sphère" correspond à un atome d'or.
1 nm = 10 m (nm : nanomètre)
1,9 nm
a) Déterminer le diamètre
(en nm et en m) d'un atome d'or sachant que les atomes sont en contact.
- 9
= 74 074 074 environ
= 10
Un atome de cuivre a une masse de 10 kg.
Calculer le nombre d'atomes de cuivre dans un gramme de cuivre.
- 25
Fiche
"Histoire des Arts"

A r c h i t e c t u r e
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 4ème - collection Marc Lecoeuche - Delagrave - 2007 - page 55
Photo personnelle
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Microméga - Hatier - 2008 - page 30
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Microméga - Hatier - 2008 - page 28
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 4ème - collection Hélène Carré - Nathan - 2007 - page 40
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 4ème - collection Hélène Carré - Nathan - 2007 - page 40
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Durandeau - Hachette - 2008 - page 24
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Durandeau - Hachette - 2008 - page 24
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Durandeau - Hachette - 2008 - page 24
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Bordas - 2008 - page 44
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Bordas - 2008 - page 44
Photo personnelle
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Bordas - 2008 - page 44
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Bordas - 2008 - page 44
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Bordas - 2008 - page 44
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Microméga - Hatier - 2008 - page 34
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Bordas - 2008 - page 44
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Bordas - 2008 - page 44
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Bordas - 2008 - page 44
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Bordas - 2008 - page 44
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Bordas - 2008 - page 44
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Bordas - 2008 - page 44
Photo personnelle
Photo personnelle
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Microméga - Hatier - 2008 - page 39
Données : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection étincelle - Hachette - 2008 - page 27
Photo : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - collection Espace - Bordas - 2008 - page 40
Données : PHYSIQUE CHIMIE 3ème - Bordas - 2008 - page 42
ATOMES,
MOLECULES ET IONS

cycle 4
Il y a deux sortes de : les
et les .
nucléons
neutrons
protons
* Les sont électriquement neutres.
* Chaque porte une charge électrique
.
Par conséquent, le noyau contient une ou plusieurs charges électriques .
neutrons
proton
positive
positives
structure lacunaire
autant
électrons
protons
6
6
6
carbone
8. Aide-mémoire
ATOME
=
NOYAU
(au centre)
+
NUAGE
ELECTRONIQUE
(autour du noyau)
nombre de
NUCLEONS
=
nombre de
NEUTRONS
+
nombre de
PROTONS
CHARGE ELECTRIQUE
neutron : neutre
proton +
électron -
atome : neutre
noyau +
nuage électronique -
contient des NUCLEONS
(NEUTRONS + PROTONS)
contient des ELECTRONS
1 atome donné
=
autant
d'électrons
que
de protons
CLASSIFICATION
PERIODIQUE
DES ELEMENTS
10. Comment utiliser le tableau des
atomes ?

a) Le tableau répertorie tous les atomes
différents et indique pour chacun :
- le
nom
de l'atome,
- le
symbole
de l'atome,
- le
nombre de protons
(appelé "Z",
ou numéro atomique) contenus
dans le noyau de l'atome.
b) Exemple :
Li
Lithium
3
- Il s'agit de l'atome de .
- Le symbole de cet atome est .
- Le noyau de cet atome contient Z = protons.
- Le nuage électronique de cet atome contient
donc électrons.
nombre
de protons
symbole
nom
lithium
Li
3
3
c) A l'aide du tableau des atomes, donner les caractéristiques de
l'atome de plomb (son symbole ; le nombre de protons et d'électrons
qu'il contient).
Le symbole de l'atome de plomb est Pb.
Cet atome contient 82 protons et 82 électrons.
d) A l'aide du tableau des atomes, donner les caractéristiques de
l'atome possédant 25 protons (son nom, son symbole et le nombre
d'électrons qu'il contient).
C'est l'atome de manganèse de symbole Mn.
Il contient 25 électrons.
e) A l'aide du tableau des atomes, donner les caractéristiques de
l'atome de symbole Hg (son nom ; le nombre de protons et
d'électrons qu'il contient).
C'est l'atome de mercure.
Il contient 80 protons et 80 électrons.
gagné
sodium
ATOMES, MOLECULES ET IONS
Cet atome contient 9 protons et 9 électrons.
- Quelle est la charge électrique de cet atome ?
L'atome est électriquement neutre.
- Pour former l'ion fluorure, qu'est-il arrivé à l'atome de fluor ?
L'atome de fluor a gagné 1 électron.
- Quelle est la formule de l'ion fluorure ?
F
-
- Cet ion est-il chargé positivement, négativement ou est-il neutre ?
Cet ion est chargé négativement.
- Combien de protons le noyau de l'ion fluorure contient-il ?
Le noyau contient 9 protons.
Exercice 7
a) - A l'aide du tableau des atomes, donner les caractéristiques de
l'atome de fer (son symbole ; le nombre de protons et d'électrons
qu'il contient).
Le symbole de l'atome de fer est Fe .
Cet atome contient 26 protons et 26 électrons.
- Quelle est la charge électrique de cet atome ?
L'atome est électriquement neutre.
b) L'ion fer II formé à partir de cet atome contient 24 électrons.
- Pour former l'ion fer II, qu'est-il arrivé à l'atome de fer ?
L'atome de fer a perdu 2 électrons.
- Quelle est la formule de l'ion fer II ?
Fe
2+
- Cet ion est-il chargé positivement, négativement ou est-il neutre ?
Cet ion est chargé positivement.
Le noyau contient 26 protons.
- Combien de protons le noyau de l'ion fer II contient-il ?
Exercice 1
a) A l'aide du tableau des atomes, donner les caractéristiques de
l'atome possédant 24 électrons (son nom, son symbole et le nombre
de protons qu'il contient).
L'atome contient 24 protons.
C'est l'atome de chrome de symbole Cr .
b) Quelle est la charge électrique de cet atome ?
L'atome est électriquement neutre.
c) Cet atome contient aussi 28 neutrons.
- Où ces neutrons se trouvent-ils dans l'atome ?
- Où ces nucléons se trouvent-ils dans l'atome ?
b) Quelle est la charge électrique de cet atome ?
L'atome est électriquement neutre.
Les neutrons se trouvent dans le noyau de l'atome.
Les nucléons se trouvent dans le noyau de l'atome.
- Combien de nucléons cet atome contient-il ?
- Combien de neutrons cet atome contient-il ?
nucléons = neutrons + protons
Il y a donc 28 + 24 = 52 nucléons.
Exercice 2
a) A l'aide du tableau des atomes, donner les caractéristiques de
l'atome possédant 11 électrons (son nom, son symbole et le nombre
de protons qu'il contient).
c) Cet atome contient 23 nucléons.
L'atome contient 11 protons.
C'est l'atome de sodium de symbole Na .
nucléons = neutrons + protons
soit : neutrons = nucléons - protons
Il y a donc 23 - 11 = 12 neutrons
C H N O Mg .
72
4
a) Donner le nom et le nombre des différents atomes qui
constituent cette molécule.
55 atomes de carbone,
72 atomes d'hydrogène,
4 atomes d'azote,
5 atomes d'oxygène,
1 atome de magnésium.
Exercice 4
Les boissons alcoolisées contiennent de l'éthanol.
La molécule d'éthanol est constituée de deux atomes de carbone, six atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène.
a) Ecrire la formule chimique de cette molécule :
b) Quelle est la charge électrique de cette molécule ?
La molécule est électriquement neutre.
C
H
O
2
6
Exercice 5
Exercice 6
L'atome d'argent peut perdre un électron pour former l'ion argent.
L'atome de soufre peut gagner deux électrons pour former l'ion sulfure.
a) Quelle est la formule de l'ion argent ?
a) Quelle est la formule de l'ion sulfure ?
b) Cet ion est-il chargé positivement, négativement ou est-il neutre ?
b) Cet ion est-il chargé positivement, négativement ou est-il neutre ?
Cet ion est chargé positivement.
Cet ion est chargé négativement.
Ag
+
S
2
_
Full transcript