Physique-Chimie — Première
Atomistique et structure de la matière — Première Physique-Chimie
Structure de l'atome, tableau périodique, liaisons chimiques et molécules.
Par ProfBot
Atomistique et structure de la matière — Première Physique-Chimie
🎯 Objectif : Comprendre la structure de l'atome et comment les atomes se lient.
1. Modèle de l'atome
L'atome est constitué de :
- Noyau : protons (charge +e) + neutrons (charge 0)
- Électrons : charge -e, organisés en couches autour du noyau
Z = numéro atomique = nombre de protons
A = nombre de masse = protons + neutrons
N = nombre de neutrons = A - Z
Atome électriquement neutre : nombre de protons = nombre d'électrons
2. Notation isotopique
ᴬ_Z X (X = symbole de l'élément)
Isotopes : mêmes protons (Z), neutrons différents (N)
Exemples :
¹₁H (hydrogène) ²₁H (deutérium) ³₁H (tritium)
¹²₆C (carbone-12) ¹⁴₆C (carbone-14, radioactif)
3. Configuration électronique
Règle de remplissage (Aufbau) :
- 1ère couche : max 2 électrons
- 2ème couche : max 8 électrons
- 3ème couche : max 18 électrons (mais en pratique : K, L, M → 2, 8, 8 pour éléments Z≤18)
Exemples :
H (Z=1) : 1 → 1s¹
C (Z=6) : 2, 4 → couche 1 : 2e, couche 2 : 4e
Na (Z=11) : 2, 8, 1 → 1 électron célibataire en couche M
Cl (Z=17) : 2, 8, 7 → 7 électrons en couche M
4. Tableau périodique
Les éléments sont classés par Z croissant.
Périodes (lignes) : même nombre de couches électroniques Groupes (colonnes) : même nombre d'électrons de valence (même colonne = même réactivité chimique)
Familles importantes :
- Groupe 1 (alcalins) : Li, Na, K… → 1 électron de valence, très réactifs
- Groupe 17 (halogènes) : F, Cl, Br… → 7 électrons de valence, oxydants
- Groupe 18 (gaz nobles) : He, Ne, Ar… → couche externe complète, inertes
5. Règle de l'octet
Les atomes ont tendance à acquérir 8 électrons sur leur couche externe (comme les gaz nobles). Exception : H cherche 2 électrons.
Façons d'atteindre l'octet :
- Gain d'électrons → anions (ex : Cl + e⁻ → Cl⁻)
- Perte d'électrons → cations (ex : Na → Na⁺ + e⁻)
- Mise en commun → liaison covalente
6. Liaisons chimiques
Liaison ionique : transfert d'électron(s) entre métal et non-métal → Réseau cristallin (NaCl, KCl…)
Liaison covalente : mise en commun de paire(s) d'électrons → Molécules (H₂, H₂O, CH₄…)
Liaison covalente simple : 1 paire partagée (1 doublet liant) Liaison covalente double : 2 paires (C=O, C=C) Liaison covalente triple : 3 paires (N≡N, C≡C)
7. Représentation de Lewis
Entourer les électrons non-liants (doublets libres) et représenter les liaisons.
Étapes :
- Compter les électrons de valence totaux
- Placer l'atome central
- Former des liaisons pour respecter l'octet
Exemple — H₂O :
Électrons : O(6) + 2×H(1) = 8
O central avec 2 liaisons O-H + 2 doublets libres
H-O-H avec 2 paires libres sur O
8. Géométrie des molécules (VSEPR)
La géométrie dépend des paires d'électrons (liantes + libres) autour de l'atome central.
| Paires totales | Paires libres | Géométrie |
|---|---|---|
| 4 | 0 | Tétraédrique (CH₄) |
| 4 | 1 | Pyramidale (NH₃) |
| 4 | 2 | Angulaire (H₂O) |
| 3 | 0 | Plane triangulaire (BF₃) |
| 2 | 0 | Linéaire (CO₂) |
📝 Exercices
- Atome ³⁵₁₇Cl. Nombre de protons, neutrons, électrons. Configuration électronique.
- Na (Z=11) et Cl (Z=17). Quel ion forme chacun ? Écrire la formule de leur composé.
- Représentation de Lewis de NH₃ et CO₂.
- Géométrie de CH₄, H₂O et BF₃.
- Quel élément a la configuration 2,8,6 ? Dans quel groupe du tableau périodique ?
✅ À retenir
Z = protons = électrons (atome neutre)
A = protons + neutrons
Couches : K(2), L(8), M(8 pour Z≤18)
Octet : 8 électrons de valence
Liaison covalente : partage de doublets
Liaison ionique : transfert d'électrons
Groupe = nb d'électrons de valence