du microscope au macroscope PDF

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voici un cours parlant de regarder des choses de manière microscopique jusqu'à macroscopique...

Description

2NDE - Thème 1 : Constitution et transformation de la matière - Chap. 3 : De l’atome à l’élément chimique

Chap. 3 I.

Du macroscopique au microscopique

De l’espèce chimique à l’entité chimique

1. Changement d’échelle Pour décrire l’organisation de la matière, deux points de vue peuvent être adoptés : l’échelle macroscopique et l’échelle microscopique

A l’échelle microscopique, une entité chimique peut être un atome, une molécule ou un ion. A l’échelle macroscopique, une espèce chimique désigne une collection d’un nombre très élevé d’entités chimiques toutes identiques. Exemple :

2. Entité chimique

▪ Un atome est la plus petite entité chimique électriquement neutre. ▪ Une molécule est une entité chimique électriquement neutre constituée de plusieurs atomes ▪ Un ion est une entité chimique porteuse d’une charge électrique. Les anions portent des charges négatives tandis que les cations portent des charges positives. Exemples : − L’ion O2- est un anion : Il provient donc d’un atome d’oxygène qui a gagné 2 électrons. − L’ion Mg2+ est un cation : Il provient donc d’un atome de magnésium qui a perdu 2 électrons. − L’ion NO3- est un anion : Il provient d’un groupe d’atomes (formé de 1 atome d’azote et 3 atomes d’oxygène) ayant gagné 1 électron. ➢ Exercices 15 et 16 3. Composé ionique

Un composé ionique est formé de cations et d’anions. La matière étant neutre, dans un composé ionique, les anions et les cations s’associent pour former un composé de charge électrique globale nulle. Exemples : − Le chlorure de sodium NaCl est un composé ionique formé par l’association des ions sodium Na+ et chlorure Cl- en même nombre. − Le chlorure de Baryum BaCl 2 est un composé ionique formé par l’association des ions baryum Ba2+ et chlorure Cl- deux fois plus nombreux.

2NDE - Thème 1 : Constitution et transformation de la matière - Chap. 3 : De l’atome à l’élément chimique

La formule chimique d’un composé ionique comporte le nombre minimal de cations et d’anions permettant la neutralité électrique. Elle commence par le symbole du cation puis se termine par le symbole de l’anion avec leur quantité notée en indice à droite des symboles. Exemple : L’oxyde d’aluminium est composé d’ions oxyde O2- et d’ions aluminium Al3+. Pour respecter la neutralité électrique, le solide ionique est composé de 3 ions O2- pour 2 ions Al3+ : La formule de l’oxyde d’aluminium est donc Al2O3. Exercices 17 et 18

II.

L’atome et son noyau 1. Constitution de l’atome

▪ Un atome de symbole X est constitué d’un noyau chargé positivement entouré d’un cortège électronique chargé négativement ▪ Le noyau est constitué de particules appelées nucléons (leur nombre est noté A est aussi appelé nombre de masse) : − les protons (leur nombre est noté Z et est appelé numéro atomique) − les neutrons (leur nombre est noté N et N = A - Z). ▪ L’écriture conventionnelle du noyau d’un atome est la suivante : 𝐴𝑍 𝑋. Exemples de noyaux : Donner les compositions des noyaux suivants 168 𝑂 et 40 18 𝐴𝑟 : Nucléons Protons 16𝑂 16 8 8 40𝐴𝑟 40 18 18

➢ Exercices 6 et 7

neutrons 16 – 8 = 8 40 – 18 = 22

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2. Electroneutralité de l’atome

▪ La charge, notée qn, d’un neutron est nulle : qn = 0 C ▪ La charge d’un proton, notée qp est positive : qp = + e avec e = 1,6 × 10-19 C, la charge élémentaire. ▪ La charge d’un électron, notée qe, est négative : qe = - e = - 1,6 × 10-19 C Un atome contient autant de protons dans son noyau que d’électrons dans son nuage électronique car l’atome est donc électriquement neutre. Remarque : le nombre d’électrons d’un atome est donc égal au numéro atomique Z. Exemple : L’atome dont le noyau est 73 𝐿𝑖 contient 7 nucléons dont 3 protons et 7-3 = 4 neutrons, possède 3 électrons dans son cortège électronique ➢ Exercices 2 et 3

3. Dimension de l’atome

L’ordre de grandeur de la taille d’un atome est de 10-10 m L’ordre de grandeur de la taille du noyau d’un atome est de 10-15 m Comparaison entre les deux : 10-10 m /10-15 m = 10 5 L’atome est donc environ 10 5 fois plus grand que son noyau. Remarque : L’ordre de grandeur d’une valeur correspond à la puissance de 10 qui s’approche le plus de cette valeur. ➢ Exercices 4, 5 et 8 4. Masse de l’atome Noyau

Electron

Proton

Neutron

mp = 1,673 × 10-27 kg

mn = 1,675 ×10-27 kg

me = 9,1 × 10-31 kg

L’ordre de grandeur de la masse des nucléons d’un noyau est de 10-27 kg. L’ordre de grandeur de la masse des électrons d’un atome est de 10-30 kg. Comparaison entre les deux :

10-27 kg./ 10-30 kg = 1 000

La masse des nucléons est donc environ 1 000 fois plus grande que la masse des électrons. On peut donc négliger la masse des électrons devant celle des nucléons. La masse de l’atome est concentrée dans son noyau : m(noyau) = A * m(nucléon) ➢ Exercices 9 et 10

2NDE - Thème 1 : Constitution et transformation de la matière - Chap. 3 : De l’atome à l’élément chimique

III. Elément chimique

Le terme «élément chimique» désigne l’ensemble des entités chimiques ayant le même nombre de protons dans leur noyau. Exemple : Un atome de cuivre Cu et un ion cuivre (II) Cu2+ appartiennent au même élément puisqu’ils ont le même nombre de protons Z = 29. Seul le nombre d’électrons est différent. ➢ Exercices 13 et 14

Bilan : Exercices 21, 22, 23

Bilan Savoir Du macroscopique au microscopique, de l’espèce chimique à l’entité. Espèces moléculaires, espèces ioniques, électroneutralité de la matière au niveau macroscopique. Entités chimiques : molécules, atomes, ions.

Le noyau de l’atome, siège de sa masse et de son identité. Numéro atomique, nombre de masse, écriture conventionnelle. Élément chimique. Masse et charge électrique d’un électron, d’un proton et d’un neutron, charge électrique élémentaire, neutralité de l’atome

Savoir faire Définir une espèce chimique comme une collection d’un nombre très élevé d’entités identiques. Exploiter l’électroneutralité de la matière pour associer des espèces ioniques et citer des formules de composés ioniques. Utiliser le terme adapté parmi molécule, atome, anion et cation pour qualifier une entité chimique à partir d’une formule chimique donnée. Citer l’ordre de grandeur de la valeur de la taille d’un atome. Comparer la taille et la masse d’un atome et de son noyau. Établir l’écriture conventionnelle d’un noyau à partir de sa composition et inversement. Capacités mathématiques : Effectuer le quotient de deux grandeurs pour les comparer. Utiliser les opérations sur les puissances de 10. Exprimer les valeurs des grandeurs en écriture scientifique....