CHIMIE
Constitution de la matière
Toute substance vivante est constituée d'un assemblage de "petits grain" de matière appelés :
ATOMES
Il existe une centaines de types d'atomes différents appelés : Eléments chimiques
L'atome est constitué lui-même de deux parties:
-Le noyau
-Un ( ou plusieurs ) électron(s)
Le Noyau :
C'est le coeur de l'atome, il est composé d'un assemblage de particules appelées nucléons qui sont de deux types:
Les protons, particules qui portent une charge d'électricité positive
Les neutrons, qui ne portent aucune charge électrique
Les électrons :
Les électrons sont des particules chargées négativement qui gravitent autour autour du noyau à une vitesse prodigieuse de l'ordre se sept millions de milliards de révolution par seconde. Ils sont répartis sur des niveaux d'énergie (ou couches électroniques ou périodes). La première couche K ne peut contenir au maximum que deux électrons. La deuxième couche L ne peut pas contenir plus de huit électrons tandis que la troisième couche M ne peut contenir que dix huit électrons.
Entre le noyau et le ou les électrons il n'y a que du vide.
Exemple: L'atome de sodium possède 11 électrons répartis de la manère suivante :
3.Numéro Atomique et nombre de masse
Tout atome est électriquement neutre, bien qu'il possède des particules chargées négativement (les électrons) et des particules chargées positivement (les protons). Pour cela il faut que le nombre de protons soit égal aux nombres d'électrons dans l'atome.
Le numéro atomique
Le numéro atomique (Z) d'un noyau est le nombre de protons que contient ce noyau. Dans un atome et uniquement dans un atome, il est donc égal aux électrons que possède l'atome, pour respecter la neutralité de l'atome.
Le nombre de masse
Le nombre de masse (A) d'un noyau est le nombre de nucléons qu'il contient. Les deux nombres (A) et (Z) suffisent à caractériser parfaitement un noyau. Un noyau décrit par le couple (A,Z) comporte Z protons et (A-Z) neutrons.
Pour noter les élément chimiques, on utilise le plus souvent le symbole de l'élément associé au nombre de masse (A), au numéro atomique (Z).
Exemple: Le Cuivre.
Deux atomes isotopes ont le même numéro atomique Z mais des nombres de masse différents. Leur noyau possède donc le même nombre de protons mais pas le même nombre de neutrons. Il existe 3 isotopes naturels du silicium :
(Z) protons = 14 ; (A-Z) neutrons = 14
(A) nucléons = 28 ; électrons = 14
(Z) protons = 14 ; (A-Z) neutrons = 15
(A) nucléons = 29 ; (A-Z) électrons = 14
(Z) protons = 14 ; (A-Z) neutrons = 16
(A) nucléons = 30 ; électrons = 14
La charge d'un corps est une des caractéristiques fondamentales de ce corps comme la masse, la densité,.........
L'unité de charge est le Coulomb (C).
Les électrons
La charge d'un électron est égale à la plus petite charge jamais mesurée que l'on appelle charge élémentaire -e, avec
e = 1.6 x 10 EXP-19 C
Le signe "- " signifie que cette charge est négative.
Si un atome possède Z électrons la charge totale des électrons est égale à -Ze
Les protons
La charge d'un proton est égale à la charge élémentaire positive "e". Si un atome possède Z protons la charge totale du noyau est égale à Ze.
Neutralité électrique du neutron
Lorsqu'un noyau possède Z protons, il possède également Z électrons. La charge du noyau est égale à Ze, tandis que la charge de l'ensemble des électrons est égale a -Ze ce qui assure la neutralité de l'atome.
7.Dimension et masse des différentes particules d'un atome d'hydrogène
L'atome d'hydrogène n'a qu'un seul électron.
Dimension
L'encombrement extrêmement réduit des atomes ne permet pas de les voir même avec les meilleurs microscopes optiques. Un ordre de grandeur à retenir : l'encombrement d'un atome est celui d'une sphère de quelque 10 EXP -10 m de diamètre.
L'atome d'hydrogène est une sphère de 5*10 EXP -11 m
L'électron et le proton ont des rayons de l'ordre de 10 EXP -15 m
Masses des différentes particules d'un atome d'hydrogène
Ici vous ne trouverez qu'un ordre de grandeur.
Masse d'un atome
Ma = 9,6 * 10 EXP-26 Kg
Masse d'un proton et neutron
Ces deux particules ont sensiblement la même masse soit:
Mp = Mn = 1,67 * 10 EXP-27 Kg
Masse d'un électron
L'électron a une masse trés inférieure à celle des autres particules soit:
Me = 0,91 * 10 EXP-31 Kg
8.Structure du cortège électronique
Les électrons ce répartissent en couches, que l'on appelle aussi "niveaux d'énergie ou périodes". La répartition des électrons sur ces niveaux obéit à deux règles.
1ère règle
Chaque niveau peut contenir un nombre limité d'électrons.
-Le niveau 1: K peut contenir 2 électrons
-Le niveau 2: L peut contenir 8 électrons
-Le niveau 3: M peut contenir 16 électrons.
2ème règle "Principe de construction"
Les électrons occupent successivement les niveaux en commençant par le niveau K. Puis quand celui-ci est saturé les électrons se placent sur le niveau L. Quant le niveau L est saturé les électrons vont sur la couche M. Quand cette couche possède huit électrons (structure en octet, synonyme de stabilité), il commence à remplir la couche N.
Formule électronique
La formule électronique permet d'écrire simplement la composition du cortège électronique de chaque atome. Ainsi, par exemple, pour l'Aluminium on a la formule électronique: K2 L8 M5.
C'est en fonction de leur cortège électronique et de leur numéro atomique que l'on a classé les atomes.
Les éléments chimiques sont classés dans un tableau (fichier JPG 276 KO) appelé Classification périodique.
Construction du tableau
Les lignes
A chaque ligne correspond le nombre de couches d'électrons.
Ex: Les éléments chimiques de la ligne 4 possède 4 couches d'électrons.
Les colonnes
Les atomes appartenant à une même colonne sont des éléments ayant des propriétés "voisines" constituant un groupe. Certains groupe ont reçu un nom particulier. Exemple: Colonne 1, méteaux alcalins.
A chaque numéro correspond une case et une seule. Chaque case est repérée par le numéro de ligne et de colonne.
Les différentes zones du tableau
On peut distinguer plusieurs zones dans le tableau selon l'aptitude des atomes à capter ou à perdre des électrons.
Les métaux
Ils se situent sur la gauche et le centre du tableaux. Ce sont les éléments les plus nombreux que l'on trouve sous forme de solides à la température ordinaire. Parmi les propriétés communes:
-Ils conduisent le courant
-Ce sont des donneurs d'électrons (hormis l'hydrogène)
Ces propriétés sont d'autant plus fortes que l'on est à gauche du tableau.
Les non-méteaux
Ils se situent sur la droite du tableau (sauf colonne 18). Certains sont solides (soufre, phosphore, iode) d'autres gazeux (azote) et un seul est liquide (dibrome). Ils ont des propriètés inverse aux méteaux: les plus nombreux que l'on trouve sous forme de solides à la température ordinaire. Parmi les propriétés communes:
-Ils conduisent le courant
-Ils gagnent des électrons
Ces propriétés sont d'autant plus fortes que l'on va vers la droite du tableau. La limite entre les deux zones n'est pas vraiment nette. Les éléments se trouvant à la limite sont appelés quelque fois semi-métaux.
Les gaz nobles ou inertes
La colonnes 18 regroupe les gaz inertes chimiquement, ce sont des éléments Stables. On les appelle aussi gaz rares car ils sont présents dans l'atmosphère en petites quantités (sauf le radon).
Définition
Un ion résulte de la perte ou du gain d'un ou plusieurs électrons.
- En perdant un ou plusieurs électrons, les atomes se transforment en entités chargées positivement appelées cations.
-En gagnant un ou plusieurs électrons, les atomes se transforment en entités chargées négativement appelées anions.
On réserve habituellement le terme d'ionisation pour les atomes qui se transforment en ion positif.
Les ions peuvent être formés:
-d'un atome (ions monoatomiques)
-de plusieurs atomes (ions polyatomique)
La capture ou la perte d'un ou plusieurs électrons ne modifie pas le noyau. Les ions peuvent être formés de plusieurs atomes (ions polyatomique)
Formations d'ions
La perte ou la gain d'un ou plusieurs électrons est souvent lié au fait qu'un élément chimiques cherche à être stable (dernières couches saturées ou ayant huit électrons).
Exemple d'ion polyatomique: Le chlorure de sodium
L'assemblage d'atomes de chlore et de sodium provoque la perte d'un électron dans le sodium qui le donne au chlore on a donc un ion polyatomique (Na+Cl-).
Notation
Pour écrire le symbole d'un ion :
- On utilise le symbole de l'atome à partir duquel il a été formé
- On ajoute en exposant en haut à droite le nombre soit :
- De charge négative n-
- De charge positive n+
Exemple de notation :
Cation Bore ayant perdu deux électrons.
Dans l'univers, les atomes restent rarement isolés, ils sont souvent associés les uns aux autres pour former des édifices plus ou moins complexe. Nous allons maintenant étudier la liaison covalente qui permet la formation des molécules.
Définition
Une molécule est une entitée chimique électriquement neutre formé d'un nombre limité d'atomes. Le nombre d'atomes d'une molécule est son atomicité. Dans la formule d'une molécule, on écrit les symboles des éléments présents dans la molécule cote à cote avec en indice en bas à droite le nombre d'atomes de chaque élément.
L'indice 1 n'est jamais spécifié.
On distingue les corps simples qui sont composés du même atome tandis que les corps composés sont constitués d'atomes différents.
Exemples de molécules :
N2 : corps simple
H2O : corps composés
Liaison covalente
Dans une molécule les atomes sont solidement liés entre eux. La liaison covalente est la mise en commun par deux atomes d'une ou plusieurs paires d'électrons de la couche externe de chaque atome.
La liaison covalente peut être simple, double ou triple selon que les atomes ont un, deux ou trois doublets d'électrons en commun. Le nombre de doublets qu'un atome partage avec ses voisins est sa covalence. En formant des liaisons de covalence, chaque atome acquiert, en général, une structure électronique en octet (huit électrons) semblable au gaz noble qui le suit dans la classification.
