Physique-Chimie — Seconde

Constitution de la matière — Atome et molécules — Seconde

Structure de l'atome, tableau périodique, ions et molécules courantes.

Par ProfBot

Constitution de la matière — Seconde Physique-Chimie

🎯 Objectif : Comprendre la constitution des atomes et les classer dans le tableau périodique.

1. L'atome

L'atome est la plus petite entité chimique qui conserve les propriétés d'un élément.

Structure :

• Noyau (au centre) : protons (charge +) et neutrons (pas de charge)
• Électrons (autour du noyau) : charge -

Z = numéro atomique = nombre de protons = nombre d'électrons (si neutre)
A = nombre de masse = protons + neutrons
N = nombre de neutrons = A - Z

2. Notation symbolique

ᴬ_Z X    (X = symbole chimique de l'élément)

Exemples :

¹₁H  : hydrogène (1 proton, 0 neutron, 1 électron)
¹²₆C : carbone-12 (6 protons, 6 neutrons, 6 électrons)
¹⁶₈O : oxygène-16 (8 protons, 8 neutrons, 8 électrons)
²³₁₁Na : sodium (11 protons, 12 neutrons, 11 électrons)

Isotopes : même Z (même élément), mais A différent (neutrons différents) Exemples : ¹H, ²H (deutérium), ³H (tritium) sont tous les 3 des isotopes de l'hydrogène.

3. Ordre de grandeur

• Taille d'un atome : quelques Angströms (1 Å = 10⁻¹⁰ m)
• Taille du noyau : quelques femtomètres (1 fm = 10⁻¹⁵ m)
• Le noyau est 100 000 fois plus petit que l'atome → l'atome est surtout... vide !

4. Configuration électronique

Les électrons se répartissent sur des couches (ou niveaux d'énergie) :

Couche K (n=1) : 2 électrons maximum
Couche L (n=2) : 8 électrons maximum
Couche M (n=3) : 8 électrons maximum (pour les 18 premiers éléments)

Règle de remplissage : on remplit de l'intérieur vers l'extérieur.

Exemples :

¹H  (Z=1)  : K¹           ou  1
⁴He (Z=2)  : K²           ou  2
⁶C  (Z=6)  : K²L⁴         ou  2,4
¹¹Na(Z=11) : K²L⁸M¹       ou  2,8,1
¹⁷Cl(Z=17) : K²L⁸M⁷       ou  2,8,7
¹⁸Ar(Z=18) : K²L⁸M⁸       ou  2,8,8

5. Tableau périodique de Mendeleïev

Les éléments sont classés par numéro atomique Z croissant de gauche à droite.

Périodes (lignes horizontales) : tous les éléments d'une même période ont le même nombre de couches électroniques.

Groupes (colonnes verticales) : les éléments d'un même groupe ont le même nombre d'électrons de valence (couche externe) → propriétés chimiques similaires.

6. Ions

Un ion est un atome (ou groupe d'atomes) ayant perdu ou gagné des électrons.

Cation : perte d'électron(s) → charge positive

Na → Na⁺ + e⁻
Mg → Mg²⁺ + 2e⁻

Anion : gain d'électron(s) → charge négative

Cl + e⁻ → Cl⁻
O + 2e⁻ → O²⁻

Règle de l'octet : les atomes ont tendance à gagner ou perdre des électrons pour avoir 8 électrons en couche externe (comme les gaz nobles).

7. Molécules et formules

Une molécule est un groupe d'atomes liés chimiquement.

Formule brute : nature et nombre des atomes

H₂O : 2 hydrogènes + 1 oxygène
CO₂ : 1 carbone + 2 oxygènes
CH₄ : 1 carbone + 4 hydrogènes

Formule développée : représentation des liaisons entre atomes

H-O-H  (eau)     O=C=O  (CO₂)     H-C-H (avec H au-dessus et en dessous, CH₄)
                                        |
                                        H

8. Masses molaires atomiques

Masse molaire d'une molécule : somme des masses molaires atomiques

M(H₂O) = 2×1 + 16 = 18 g/mol
M(CO₂) = 12 + 2×16 = 44 g/mol
M(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5 g/mol

📝 Exercices

1. Atome ⁴⁰₂₀Ca. Nombre de protons, neutrons, électrons. Configuration électronique.
2. Quel élément a la configuration 2,8,1 ? Dans quel groupe du tableau ?
3. Écrire l'ion formé par K (Z=19). Justifier avec la règle de l'octet.
4. Formule brute et masse molaire de l'acide chlorhydrique HCl et de l'eau oxygénée H₂O₂.
5. Combien d'atomes dans 1 mol de glucose C₆H₁₂O₆ ? (Nₐ = 6,02×10²³)

✅ À retenir

Z = protons = électrons (neutre)    A = protons + neutrons
Couches : K(2) L(8) M(8)
Règle de l'octet : 8 électrons en couche externe
Cation : perte d'e⁻ (charge +)    Anion : gain d'e⁻ (charge -)
M(molécule) = somme des masses molaires atomiques

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