entites et especes chimiques

• Quelques ordres de grandeur

  • Toute la matière à notre échelle se compose d’atomes de différentes natures groupés en molécules et en cristaux, puis sous formes de structures de plus en plus complexes pour aboutir aux êtres et objets de notre quotidien
• Les particules élémentaires constituants les atomes sont l’électron, le proton et le neutron. Les électrons et protons portent une charge électrique élémentaire, +e pour les protons et -e pour les électrons. La charge élémentaire vaut 1,6.10-19C (Coulomb). La masse d'un nucléon est environ
• La neutralité de structures ioniques comme les sels se fait de manière à ce que les charges électriques de tous les cations neutralisent celles de tous les anions, comme pour le chlorure de ferIII de formule (FeCl3)


  Il s'agit d'un cristal ionique constitué d'un assemblage régulier de cations Fe3+ et d’anions Cl–. Les trois charges positives de l’ion Fe3+ sont compensées par trois ions Cl– portant chacun une charge positive
• Structure de l’atome

  L’atome se compose d’un noyau constitué de neutrons et de protons, autour duquel orbitent des électrons qui forment une couche électronique. Un atome est neutre, il y a autant de charges positives (les protons) que de charges négatives (les électrons)
• Espèce chimique

  • L’eau liquide ou solide est une espèce chimique qui contient un grand nombre de molécules d’eau. Le sel de cuisine est une espèce chimique qui contient un grand nombre de cations Na+ et d’anions Cl–. L’or est une espèce chimique qui contient un grand nombre d’atomes d’or Au (d’Aurum, l’or en latin)
• À notre échelle, la matière est électroneutre, toutes les charges électriques positives se compensent avec le même nombre de charges électriques négatives. Les anions et les cations seront donc présents dans des proportions qui permettent d’assurer cette électro-neutralité. Les atomes et les molécules ont une électroneutralité
• Un entité chimique peut posséder une charge électrique q dont le signe est positif ou négatif. La charge s’exprime en Coulomb, dont le symbole est C. Cette charge est, en valeur absolue, forcément un nombre entier de fois la charge élémentaire e qui est la plus petite charge possible. ∣q∣=N.e Avec N ∈ℕ
• Charge d'une entité chimique
• 45 20Ca


  • est le cation de l'élément calcium, son noyau possède ___ protons et ___ neutrons. Comme il a une charge positive +2, cela signifie que l’atome de calcium a perdu 2 électrons pour devenir le cation Ca2+. Les entités chimiques 12 6 C, 13 6 C et 14 6 C correspondent au même élément, le carbone C qui a Z= 6 protons dans son noyau. Ce sont des isotopes du carbone. Les ions Fe2+, Fe3+ et l’atome Fe correspondent au même élément, le fer Fe qui possède Z= __ protons dans son noyau.
• Notion d'élément chimique
• Structure de l’atome

  L’atome se compose d’un noyau constitué de neutrons et de protons, autour duquel orbitent des électrons qui forment une couche électronique. Un atome est neutre, il y a autant de charges positives (les protons) que de charges négatives (les électrons). La taille d’un atome est de l’ordre de 0,1 nm soit 1Å (1Å = 10-10 m). Son noyau est 100000 fois plus petit, soit 1 fm.
• L'ion béryllium

  • est constitué de protons et d'électrons. Sa charge globale est positive.
• Écriture conventionnelle du noyau

  Indique le nombre de protons présents dans le noyau d’un atome ou d’un ion monoatomique. Indique le nombre de protons et de neutrons présents dans le noyau d’un atome ou d’un ion monoatomique. Le symbole chimique d’un élément est une lettre majuscule, parfois suivie d’une minuscule permettant de le désigner.
• Classification périodique des éléments

  1. Description

  2. Le chimiste Mendeleïev entreprit de classer les éléments dans un tableau en vue de souligner et de prédire leurs propriétés chimiques. Il a depuis été modifié en fonction des découvertes. Il comporte actuellement 7 lignes appelées périodes, et de 18 colonnes. Le tableau périodique simplifié rassemble les 18 premiers éléments soit les 3 premières périodes.
• Exemples

  • L’atome d’hydrogène ne possède qu’un seul électron. La configuration électronique de l’atome d’hydrogène est __________
  • L’atome de carbone possède 6 électrons. La configuration électronique de l’atome de carbone est _____________________, et il a 4 électrons de valence sur la couche 2 composée des sous-couches 2s et 2p.
  • L’atome d’aluminium a pour structure électronique _____________________, sa dernière couche remplie est la troisième couche et il a 3 électrons de valence, dont 2 sur la sous-couche 3s et 1 sur la sous-couche 3p.
• Thème


  • Constitution et transformations de la matière
  • Vers entités plus stables chimiquement
• Le cortège électronique

  1. Configuration électronique de l’atome

  2. Les électrons du cortège électronique d’un atome sont répartis dans des couches numérotées à partir de 1, et qui contiennent des sous-couches désignées par des lettres s et p.

  3. Une sous-couche s contient au maximum ________________.

  4. Une sous-couche p contient au maximum ________________.

  5. Le remplissage des couches et sous-couches se fait par énergie croissante.

  6. Les électrons se répartissent dans les sous-couches selon un ordre déterminé
• Électrons de valence


  Les électrons de valence sont les électrons de la couche externe. Les électrons de valence d’un atome sont responsables de sa réactivité chimique.
• Blocs


  • s
  • p
• Famille

  • Les éléments d’une même colonne du tableau de la classification périodique des éléments ont le même nomb
• Détermination de la période et colonne d’un élément

  Repérer le numéro de la couche de valence et le nombre d’électrons de valence
• Classification périodique


  Les éléments se regroupent en blocs s et p en fonction du nombre de couches remplies
• Augmentation de la stabilité chimique des éléments

  • En gagnant ou perdant des électrons pour avoir la configuration électronique du gaz noble le plus proche dans la classification
• Ionisation de sodium Na


  • Structure électronique, gaz noble le plus proche, ion Na+
• Configuration électronique de l’atome de silicium Si (Z=14)


  • Exemple: Sa couche de valence est la numéro __ et son nombre d’électrons de valence est __. L’élément est placé dans la __ ligne __ colonne
• Exemples de molécules

  • l’eau H2O
  • l’éthylène C2H4
  • le dioxyde de carbone CO2
  • l’acide acétique CH3COOH
  • l’ammoniac NH3
  • le dichlore Cl2
  • le méthane CH4
  • le dihydrogène H2
  • l’éthanol CH3CH2OH
  • le dioxygène O2
• Un atome de chlore a besoin seulement d'un électron pour avoir celles de

  un gaz noble
• Formation de l'ion chlorure Cl–

  Le chlore va facilement capturer un électron ailleurs pour former l’ion chlorure Cl– de configuration électronique
• Modèle de Lewis

  En 1916, Gilbert Newton Lewis propose un modèle simplifié pour expliquer la formation des molécules par le partage de paires d’électrons. Tout atome d’une molécule sera entouré par 4 paires d’électrons lui permettant d’avoir sa couche de valence saturée à 8 électrons comme un gaz noble. Les paires d’électrons servant à faire une liaison seront des doublets liants, les paires d’électrons non engagées dans une liaison seront des doublets non liants
• Molécule


  • Un ensemble d’atomes reliés entre eux par des liaisons chimiques qui sont un partage d’une ou plusieurs paires d’électrons afin que chaque atome puisse s’entourer de 8 électrons pour avoir la même configuration électronique qu’un gaz noble
• Électrons de valence


  Les électrons de valence sont les électrons de la couche externe. Ils sont responsables de la réactivité chimique de l'atome
• Blocs


  • Les éléments de la classification périodique se regroupent en blocs s et p en fonction du nombre de couches remplies
• Le cortège électronique

  Configuration électronique de l’atome: Les électrons du cortège électronique d’un atome sont répartis dans des couches numérotées à partir de 1, et qui contiennent des sous-couches désignées par des lettres s et p. Une sous-couche s contient au maximum 2 électrons. Une sous-couche p contient au maximum 6 électrons. Le remplissage des couches et sous-couches se fait par énergie croissante. Les électrons se répartissent dans les sous-couches selon un ordre déterminé
• Exemples

  • L’atome d’hydrogène ne possède qu’un seul électron. La configuration électronique de l’atome d’hydrogène est __________. L’atome de carbone possède 6 électrons. La configuration électronique de l’atome de carbone est __________, et il a 4 électrons de valence sur la couche 2 composée des sous-couches 2s et 2p. L’atome d’aluminium a pour structure électronique __________, sa dernière couche remplie est la troisième couche et il a 3 électrons de valence, dont 2 sur la sous-couche 3s et 1 sur la sous-couche 3p
• Thème


  • Constitution et transformations de la matière
  • Vers entités plus stables chimiquement
• Classification périodique des éléments: Le chimiste Mendeleïev entreprit de classer les éléments dans un tableau en vue de souligner et de prédire leurs propriétés chimiques. Il comporte actuellement 7 lignes appelées périodes, et de 18 colonnes. Le tableau périodique simplifié rassemble les 18 premiers éléments soit les 3 premières périodes
• Les éléments d’une même colonne du tableau de la classification périodique des éléments ont le même nombre
• Exemples de formation d'ions monoatomiques

  • L’atome de sodium Na a pour structure électronique _____________________ Le gaz noble le plus proche dans la classification périodique est le _____________ de structure électronique _____________________ . Le sodium va donc perdre un électron pour avoir la même configuration électronique que le gaz noble. On forme alors l’ion Na+. L’atome de chlore Cl a pour configuration _____________________ et il lui manque seulement un électron pour avoir celles de _____________ . Il va donc facilement capturer un électron ailleurs pour former l’ion chlorure Cl– de configuration électronique _____________________
• Les éléments d’une même colonne du tableau de la classification périodique des éléments ont le même nombre d’électrons de valence, ce qui leur octroie les mêmes propriétés chimiques : ils forment dans la plupart des cas une famille chimique d’éléments
• Détermination de la période et colonne d’un élément

  Repérer le numéro de la couche de valence et le nombre d’électrons de valence