Structure de la matière : atomes, ions, molécules PDF

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Cours sur la structure de la matière....

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UE 2.1 – Biologie fondamentale Structure de la matière : atomes, ions, molécules

I. LES ATOMES, ET IONS CORRESPONDANTS

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1) 2) 3) 4) 5)

STRUCTURE DE L’ATOME CARACTERISATION DE L’ATOME STRUCTURE ELECTRONIQUE DE L’ATOME REPRESENTATION DE LEWIS DES ELECTRONS EXTERNES CLASSIFICATION PERIODIQUE (MENDELEIEV – 1869)

2 2 3 3 4

II.

ASSEMBLAGES DES ATOMES : MOLECULES

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1) 2)

ORIGINE DE LA LIAISON COVALENTE DESCRIPTION DU MODELE DE LEWIS

5 5

III.

QCM

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1

I.

Les atomes, et ions correspondants 1) Structure de l’atome

L’atome, neutre, est composé d’électrons (chargés négativement) et d’un noyau. Ce noyau est constitué de nucléons = protons (chargés positivement) et de neutrons (neutres). Les protons sont 1000 fois plus lourds que les électrons. Unité pour chiffrer les charges : Coulomb C Unité pour chiffrer la masse : unité de masse atomique u

La taille du noyau par rapport à la taille de l’atome a un rapport de 1012. Les électrons prennent plus de place.

2) Caractérisation de l’atome X symbolise un élément (H, C, O, N, …) A = Nombre de masse = Nombre de nucléons (protons + neutrons) = masse du noyau (en u) = masse molaire atomique (en g.mol-1) Z = Nombre atomique = Nombre d’électrons = Nombre de protons = charge du noyau ⇒ A - Z = Nombre de neutrons Remarque : 1 mole d’atome X = N atomes X avec N = nombre d’Avogadro = 6,022.1023

On parle d’isotopes lorsque deux atomes ne diffèrent que par le nombre de neutrons, ils sont du même élément. C’est le nombre de masse qui change.

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Quelque que soit A, si même Z ils ont les mêmes propriétés chimiques qui sont dues aux électrons. En revanche, leurs propriétés physiques peuvent changer.

3) Structure électronique de l’atome 1er modèle : Bohr L’électron est un point matériel qui peut occuper un certain nombre de trajectoires circulaires (champs de force de type électrostatique). Si l’électron ne s’en va pas à l’infini c’est parce qu’il est attiré par le noyau. Ces trajectoires sont regroupées en couches, plus la couche est proche du noyau, plus son numéro est petit. La couche la plus proche du noyau est la couche K, n=1, contenant 2 électrons maximum. Pour montrer le nombre d’électrons dans la couche, on le note en haut à droite de la lettre. Remarque : 2ème modèle : mécanique quantique (non détaillé ici) qui a remis en cause le modèle de Bohr. L’électron n’est plus un point mais une onde.

On obtient les structures électroniques en rangeant les Z électrons dans les différentes couches par énergie croissante. Soit, en gros, d’abord la couche K puis couche L puis couche M.

Les électrons de valence sont les plus énergétiques, généralement ceux de la dernière couche en cours de remplissage, et sont responsables des propriétés chimiques.

4) Représentation de Lewis des électrons externes La représentation de Lewis représente les électrons de valence (ou externes) soit la couche de valence.

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5) Classification périodique (Mendeleiev – 1869) Les éléments sont classés par colonne (famille) (n croissant) et par période selon Z croissant.  Par période : même couche de valence (K, L, M, …)  Par colonne : même nombre d’e- externes (de valence), même représentation de Lewis : éléments ayant des propriétés chimiques voisines

Parmi toutes les familles, une se distingue par la grande stabilité de ces éléments : les gaz rares (nobles) dont la couche de valence est saturée. A gauche de l’escalier, les métaux cèdent facilement un ou deux électrons pour acquérir la configuration électronique du gaz rare précédent → formation de cations.

A droite de l’escalier, les non métaux captent des électrons pour acquérir la configuration électronique du gaz rare suivant → formation d’anions.

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II.

Assemblages des atomes : molécules 1) Origine de la liaison covalente

Une liaison va se faire si elle permet de stabiliser/d’abaisser l’énergie du système. Ces liaisons sont appelées liaisons covalentes. Les électrons de valence provenant de deux atomes s’impliquent, les atomes mettent en commun leurs électrons de valence.

Spontanément, deux atomes d’hydrogène vont chercher à se rapprocher à 0.074 nm car c ’est à cette distance que la situation énergétique est la plus favorable → stabilisation optimale. Liaison covalente = Mise en commun d’une paire d’e- (de valence)

2) Description du modèle de Lewis Règle de l’octet Pour H : Lorsque 2 atomes d’hydrogène mettent en commun leur électron, ils atteignent la configuration électronique de He (K2) ↔ couche de valence saturée → 1 liaison covalente. Règle du duet pour l’hydrogène. Pour un élément de la 2ème période (C, N,O,F), il atteint la configuration électronique du Ne (L8) ↔ formation de liaisons covalentes pour saturer la couche de valence à 8 e- (soit 4 doublets) → REGLE DE L’OCTET.

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Pour un élément de la 3ème période (P, S par ex) : la règle de l’octet est une tendance mais peut être dépassée.

III. QCM Identifier les propositions correctes à propos de l’atome de chlore Cl de numéro atomique Z = 17 et de nombre de masse A = 35. A/ Le cortège électronique de l’atome de chlore comporte 35 électrons. B/ La configuration électronique de l’atome de chlore est K2L8M7. C/ L’atome d’oxygène de numéro atomique Z=8 est dans la même ligne de la classification périodique que le chlore. D/ L’atome d’oxygène de numéro atomique Z=8 est dans la même colonne de la classification périodique que le chlore. E/ L’atome de numéro atomique Z=17 et de nombre de masse A=37 est un isotope de l’atome de chlore étudié.  Réponses B, E

Identifier les propositions correctes à propos de l’atome de chlore Cl de configuration K2L8M7, de l’atome d’hydrogène (Z=1) et de l’atome d’oxygène (Z=8) et des différentes représentations indiquées ci-dessous pour les atomes O et Cl et pour les molécules HCl et HOCl.

A/ La représentation A est la représentation de Lewis de l’atome de chlore. B/ La représentation B est la représentation de Lewis de l’atome d’oxygène. C/ La représentation C est la représentation de Lewis de la molécule HCl. D/ La représentation D est nécessairement fausse car l’atome d’oxygène dépasse la règle de l’octet. E/ La représentation E est la représentation de Lewis de la molécule HOCl.  Réponses B, D, E

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