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Les modèles atomiques
Les modèles atomiques
Les modèles de Démocrite et d'Aristote (-400 à -300 av J-C)
Démocrite affirmait que la matière était constituée de particules très petites et identiques qu’il était impossible de briser ou de diviser, l'atome.
De son côté, Aristote affirmait qu’il était possible de diviser la matière une infinité de fois.
Le modèle de Dalton (1808)
La matière est composé de particules extrêmement petites et indivisibles, les atomes.
Tous les atomes d'un même élément sont identiques, mais différents des autres éléments.
Ces atomes peuvent se combiner avec d'autres atomes, d'éléments différents ou non, pour former des molécules. Si les atomes sont différents, on parle alors de composé.
Ces composés ont des propriétés différentes des éléments dont ils sont constitués.
Le modèle de Thomson (1897)
L’atome n’est plus indivisible, il est possible d’arracher des électrons à l’atome.
Pour que l’atome soit neutre, celui-ci est comme une pâte positive à l’intérieur de laquelle on retrouve des petits grains négatifs, les électrons. Il y a autant de charges positives qu’il y a d’électrons.
Son modèle est appelé le pain aux raisins, puisqu’on peut comparer la mie du pain à la pâte positive et les raisins aux électrons qui sont répartis à l’intérieur du pain.
Le modèle de Rutherford (1911)
Après avoir réaliser l'expérience de la feuille d'or, Rutherford arrive à ces conclusions:
L'atome est principalement fait de vide
L'atome possède un noyau minuscule et dense qui contient les charges positives, les protons.
Les charges négatives, les électrons, circulent au hasard autour du noyau.
Il y a autant de proton que d'électron dans un atome.
Le modèle Rutherford-Bohr (1913)
Après avoir étudier le spectre d'émission de différents atomes, Niels Bohr vient compléter le modèle de Rutherford.
Les électrons circulent sur des couches électroniques bien spécifiques.
C'est le passage des électrons d'une couche électronique à l'autre qui est responsable des différentes émissions lumineuse des éléments.
L'atome
L'atome
L'atome est la plus petite particule de matière.
Il est impossible de le diviser chimiquement.
L'atome est majoritairement constitué de vide.
Il est composé d'un noyau extrêmement petit, qui contient les charges positives (protons) et neutres (neutrons), autour duquel circule les charges négatives (électrons).
Il y a autant de charges positives que négatives dans un atome (neutre).
Le nombre de charges positives déterminent la nature de l'atome, quel est son élément. Ex: Le carbone (C) a toujours 6 protons (+).
STE: Le modèle atomique simplifié
STE: Le modèle atomique simplifié
Le modèle simplifié (1932)
Après avoir réalisé une série d'observations, James Chadwick découvre une nouvelle particule dans le noyau:
Le noyau de l'atome contient, en plus du proton positif, une particule neutre: le neutron
Les neutrons permettent aux protons de se maintenir ensemble dans le noyau.
La masse du neutron est sensiblement la même que celle du proton. L'électron, lui, est 1000 fois moins massif.
La masse de l'atome provient donc essentiellement des masses combinés des protons et des neutrons.
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Le tableau périodique des éléments
Le tableau périodique des éléments
Conçue par le Russe Dimitri Ivanovich Mendeleïev, le tableau périodique des éléments est la meilleure représentation de la classification des éléments selon leurs propriétés physique et chimique.
Numéro atomique:
Le numéro atomique correspond au nombre de protons contenus dans le noyau d'un atome.
Il est aussi égal au nombre d'électrons orbitant autour du noyau.
Il permet de distinguer les éléments entre eux.
Symbole:
Débute toujours par une lettre MAJUSCULE.
Quelque fois, la lettre majuscule est suivi d'une ou de deux lettres minuscules.
Nom:
Le nom complet de l'élément.
Masse atomique:
La masse d'un atome étant très petite, le gramme n'est pas idéal pour mesurer la masse des éléments.
La masse atomique est donc établie en la comparant avec l'élément de référence, le carbone 12.
Un proton a donc une masse de 1u (unité de masse atomique), soit 1/12 de la masse du carbone 12 (C).
Les éléments ont été placé dans le tableau en ordre croissant de masse, en commençant avec le moins lourd de tous, l'hydrogène (H). Les rangées (horizontales) du tableau correspondent toute à une période. Les éléments d'une même période possèdent tous le même nombre de couches électroniques. Il y a au total 7 périodes différentes. Il est à noter que les éléments 57 à 71 font partie de la période #6 et les éléments 89 à 103, de la période #7.
À chaque nouvelle période, les propriétés des éléments semblent revenir de manière périodique. Ce sont les familles. À chaque colonne (verticale) du tableau périodique correspond donc une famille. Elles sont notés par un chiffre romain qui correspond au nombre d'électrons de valence présent sur chaque atome de la même famille. Certaines familles possèdent également des noms.
Les électrons de valence sont les électrons présents sur la dernière couche électronique de l'atome en question. Ce sont eux qui sont responsable de la périodicité des propriétés chimiques et physiques des éléments.
Les familles chimiques
Les familles chimiques
Les familles chimiques représente des colonnes dans le tableau périodique. Il y en a 4 principales.
Les familles
Les familles
Les colonnes du tableau périodique sont appelées les familles.
Chaque famille donne un indice sur le nombre d'électron de valence que possède chaque élément.
Les électrons de valence sont les électrons présents sur la dernière couche électronique de l'atome.
Les Alcalins (I): Famille de la première colonne à l'exception de l'hydrogène (H). Les éléments de cette famille forment généralement des bases (synonyme d'alcalin) avec l'eau. Ce sont des métaux mous extrêmement réactifs. Ils ne se retrouvent que sous la forme de composés dans la nature.
Les alcalino-terreux (II): Famille de la deuxième colonne. Ce sont des métaux mous extrêmement réactifs, mais moins que les alcalins.
Les halogènes (VII): Famille de l'avant-dernière colonne. Ce sont des non-métaux gazeux extrêmement réactifs. Ils ne se retrouvent que sous la forme de composés dans la nature. Ce sont des éléments corrosifs. Les éléments de cette famille forment généralement des acides avec l'eau. Liés aux alcalins, ces éléments forment des sels.
Les gaz rares (ou inertes) (VIII): Dernière colonne du tableau. Ce sont des éléments très peu réactifs. Ils sont tous des gaz incolore dans la nature, mais émettent de la lumière colorée lorsque soumis à un courant électrique. Par exemple, le néon (Ne) émet de la lumière rouge.
Les périodes
Les périodes
Les rangées du tableau périodique sont appelées les périodes.
Chaque période représente une nouvelle couche électronique autour des atomes.
Les métaux, les non-métaux et les métalloïdes
Les métaux, les non-métaux et les métalloïdes
Les métaux
Les métaux sont des éléments ou des alliages (mélange homogène) qui sont le plus souvent durs, opaques, brillants, bons conducteurs de chaleur et d'électricité. Ils sont malléable, on peut donc leur faire prendre des formes diverses. Ils réagissent aux acides, ils sont alors effervescents (ils font des bulles). On les retrouve à gauche de l'escalier dans le tableau périodique des éléments.
Les non-métaux
Les non-métaux sont des éléments qui ont des propriétés complètement différentes des métaux. Ils sont plutôt terne, ils ne réfléchissent pas très bien la lumière. Ils sont de très mauvais conducteurs d'électricité et de chaleur. Ils ne réagissent pas aux acides. Les non-métaux ne sont pas vraiment malléables, ils sont cassants, friables ou bien ils reprennent leur forme initiale après avoir été déformé. Bref, tout le contraire des métaux. Sauf pour l'hydrogène, ils sont tous à droite de l'escalier dans le tableau périodique des éléments.
Les métalloïdes
Les métalloïdes sont des éléments qui ont à la fois des propriétés des métaux et des non-métaux. Les semi-conducteurs utilisés pour fabriquer les transistors dans les circuits électroniques sont composés de métalloïdes. Généralement, on considère comme métalloïdes les éléments suivants: B, C, Si, Ge, As, Se, Sb, Te, Bi et Po (70).
Métaux, non-métaux et métalloïdes
Métaux, non-métaux et métalloïdes
Les métaux sont durs, opaques, brillants, malléables et ductiles, sont de bons conducteurs de chaleur et d'électricité et réagissent aux acides. Ils sont à gauche de l'escalier du tableau périodiques (moins l'hydrogène).
Les non-métaux sont ternes, cassants et friables, sont de mauvais conducteurs de chaleur et d'électricité et ne réagissent pas aux acides. Ils sont à droite de l'escalier du tableau périodiques (plus l'hydrogène).
Les métalloïdes possèdent des caractéristiques des métaux et des non-métaux. Ils sont près de l'escalier du tableau périodique.
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STE: La périodicité des propriétés
STE: La périodicité des propriétés
La périodicité des propriétés
La périodicité des propriétés
Les éléments possèdent des propriétés qu'ils partagent avec d'autres éléments du tableau périodique. Ces propriétés réapparaissent périodiquement, d'où le classement des éléments en familles et en périodes. On appelle cela la périodicité des propriétés.
STE: Les isotopes
STE: Les isotopes
Ces deux atomes sont des isotopes différents du lithium, le lithium 6 à gauche et le lithium 7 à droite.
On peut calculer la masse atomique relative d'un élément en faisant la moyenne de la masse de ses différents isotopes en proportion de leur présence dans la nature.
Par exemple, si 94% du lithium présent dans la nature est du lithium 7 (de masse 7u) et que le reste est du lithium 6 (de masse 6u), on peut calculer la masse atomique relative du lithium selon l'équation suivante:
7u X 94% + 6u X 6% = 6,94u
La masse atomique relative du lithium est donc de 6,94u.
Les isotopes
Les isotopes
Les isotopes sont des atomes du même élément qui ont un nombre différent de neutrons, mais qui possèdent toujours le même nombre de protons. Si le noyau d'un isotope devient instable à cause du nombre de neutron qu'il possède, on parle alors d'isotope radioactif.
Puisque la masse des atomes dépend du nombre de nucléons (protons et neutrons), celle-ci est donc différente pour deux isotopes d'un même élément. La masse atomique des éléments que l'on trouve dans le tableau périodique est donc une valeur moyenne des masses atomiques de tous les isotopes calculé en fonction de la proportion de leur présence dans la nature appelée la masse atomique relative.
Les représentations des atomes
Les représentations des atomes
La notation de Rutherford-Bohr
La notation de Rutherford-Bohr
Pour représenter l'atome selon le modèle de Rutherford-Bohr on doit dessiner tous les électrons sur chacune de leurs couches électroniques autour du noyau où l'on inscrit uniquement le nombre de protons.
STE: Le modèle atomique simplifié
STE: Le modèle atomique simplifié
La notation du modèle atomique simplifié est une version "réduite" du modèle de Rutherford-Bohr.
On indique le nombre de protons, mais également le nombre de neutrons dans le noyau.
Les couches électroniques sont représentés par des arcs de cercle à droite du noyau.
On indique le nombre d'électrons de chaque couche en dessous de l'arc de cercle correspondant.
La notation de Lewis
La notation de Lewis
Pour représenter l'atome selon la notation de Lewis, on ne dessine pas tous les électrons, mais seulement les électrons de valence. De plus, plutôt que de dessiner le noyau en indiquant sa quantité de protons, on inscrit le symbole de l'élément.
Avant de continuer, tu dois faire les pages 24 à 26 du cahier Observatoire 4 ST-STE
STE: La notion de mole
STE: La notion de mole
La notion de mole permet de faciliter les calculs liés au nombre extrêmement grands lors des réactions chimiques. Une mole correspond donc au nombre d'atomes d'hydrogène (H) présent dans 1 gramme de ce gaz. La mole est donc un nombre extrêmement grand: 6,02 x 1023 . Ce nombre, c'est le constante d'Avogadro.
Une mole de substance correspond donc à 6,02x1023 particules de cette substance.
On peut considérer la mole comme un paquet. On peut donc l'utiliser comme une unité de mesure du nombre de particules d'une substance. 3 moles d'eau équivaut donc à 1,806x1024 molécules d'eau. La mole (unité de mesure mol), par définition, est l'unité de mesure de la quantité de matière (symbole n).
n= 3mol d'H2O = 1,806x1024
La masse molaire (symbole M) est la masse d'une mole de substance. Elle s'exprime en gramme par mole (g/mol). Ainsi, la masse molaire d'une mole d'eau correspond à la somme des masses molaires de chacun des atomes qui constitue cette molécule.
La relation entre la masse molaire, la masse et le nombre de particules est représenté par la formule ci-dessous:
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