Physique-Chimie — Seconde
Constitution de la matière — Atomes, ions et molécules — Seconde Chimie
Structure de l'atome, numéro atomique, ions, molécules, formules chimiques et classification périodique.
Par ProfBot
Constitution de la matière — Seconde Chimie
🎯 Objectif : Comprendre la structure de l'atome et les différentes entités chimiques.
1. L'atome
L'atome est la plus petite entité chimique. Il est constitué :
Du noyau (central, très petit, très dense) :
- Protons (charge +1, masse ≈ 1 u)
- Neutrons (charge 0, masse ≈ 1 u)
Du nuage électronique (autour du noyau) :
- Électrons (charge -1, masse négligeable)
Numéro atomique Z = nombre de protons
Nombre de masse A = nombre de protons + nombre de neutrons = Z + N
Notation : ᴬzX ex : ¹²₆C (carbone-12)
Atome neutre : nombre d'électrons = nombre de protons (Z)
2. Isotopes
Des isotopes sont des atomes d'un même élément (même Z) mais avec un nombre de neutrons différent (A différent).
Exemples :
- Hydrogène : ¹H, ²H (deutérium), ³H (tritium)
- Carbone : ¹²C (98,9%) et ¹³C (1,1%) et ¹⁴C (radioactif, datation)
- Chlore : ³⁵Cl (75%) et ³⁷Cl (25%)
Même propriétés chimiques (même Z), légèrement différentes physiquement.
3. Configuration électronique
Les électrons se répartissent sur des couches (niveaux d'énergie) :
Couche K (n=1) : 2 électrons max
Couche L (n=2) : 8 électrons max
Couche M (n=3) : 18 électrons max (en Seconde : 8 max)
Règle de remplissage : on remplit de l'intérieur vers l'extérieur.
Exemples :
H (Z=1) : 1 électron → K¹
He (Z=2) : 2 électrons → K²
Li (Z=3) : 3 électrons → K²L¹
C (Z=6) : 6 électrons → K²L⁴
Ne (Z=10) : 10 électrons → K²L⁸
Na (Z=11) : 11 électrons → K²L⁸M¹
Électrons de valence : électrons de la couche externe (participent aux liaisons).
4. Les ions
Un ion est un atome (ou groupe d'atomes) ayant perdu ou gagné des électrons.
Cation (ion positif) : perte d'électrons
Na (11e⁻) → Na⁺ (10e⁻) : a perdu 1 électron
Ca (20e⁻) → Ca²⁺ (18e⁻) : a perdu 2 électrons
Anion (ion négatif) : gain d'électrons
Cl (17e⁻) → Cl⁻ (18e⁻) : a gagné 1 électron
O (8e⁻) → O²⁻ (10e⁻) : a gagné 2 électrons
Règle de l'octet : les atomes tendent à avoir 8 électrons sur leur couche externe (comme les gaz nobles).
5. Molécules et liaisons covalentes
Une molécule est un ensemble d'atomes liés par des liaisons covalentes (partage d'électrons).
Exemples :
- H₂O : 1 atome O + 2 atomes H
- CO₂ : 1 atome C + 2 atomes O
- CH₄ (méthane) : 1 atome C + 4 atomes H
- HCl : 1 atome H + 1 atome Cl
Formule brute : donne la composition (ex : H₂O, C₆H₁₂O₆) Formule développée : montre les liaisons (—) Formule semi-développée : intermédiaire (CH₃—CH₃)
6. Classification périodique
Le tableau périodique classe les éléments par Z croissant. Les colonnes (familles) regroupent les éléments de même configuration électronique externe → propriétés chimiques similaires.
Familles importantes :
- Colonne 1 : métaux alcalins (Li, Na, K...) → cation M⁺
- Colonne 2 : alcalino-terreux (Mg, Ca...) → cation M²⁺
- Colonne 17 (VII) : halogènes (F, Cl, Br, I...) → anion X⁻
- Colonne 18 (VIII) : gaz nobles (He, Ne, Ar...) → inertes, couche complète
7. Formules et noms courants
| Entité | Formule | Charge |
|---|---|---|
| Ion sodium | Na⁺ | +1 |
| Ion calcium | Ca²⁺ | +2 |
| Ion chlorure | Cl⁻ | -1 |
| Ion oxyde | O²⁻ | -2 |
| Ion sulfate | SO₄²⁻ | -2 |
| Ion hydroxyde | OH⁻ | -1 |
| Ion ammonium | NH₄⁺ | +1 |
📝 Exercices
- L'atome de magnésium a Z=12 et A=24. Combien de protons, neutrons et électrons ?
- Écrire la configuration électronique de F (Z=9) et S (Z=16).
- L'ion Fe³⁺ a perdu combien d'électrons ? Combien en reste-t-il (Z_Fe=26) ?
- Quelle est la formule de l'ion formé par le chlore pour satisfaire la règle de l'octet ?
✅ À retenir
Z = nombre de protons = nombre d'électrons (atome neutre)
A = Z + N (N = neutrons)
Couches : K(2), L(8), M(8 en Seconde)
Cation : perte e⁻ → charge +
Anion : gain e⁻ → charge -
Règle de l'octet : 8 e⁻ sur la couche externe