élément- atome ; tableau de classification périodique des éléments-Liaisons chimiques

Elément- atome ; tableau de classification périodique des éléments-Liaisons chimiques

1. Elément :
   1. Notion

1. Mise en évidence
   1. expériences :
      •  Pyrolyse du sucre

Ainsi, le sucre renferme le carbone, l’oxygène et l’hydrogène

2. Combustion d’une bougie

Ainsi la bougie renferme le carbone

2. Electrolyse de l’eau

L’électrolyse de l’eau a permis de démontrer que l’eau renferme l’hydrogène et l’oxygène

2. conclusion

Le carbone, l’hydrogène et l’oxygène qui sont des  constituants communs  à   plusieurs corps purs différents sont  appelés éléments chimiques  

2. Définition

Un élément chimique est un constituant commun à plusieurs corps purs simples ou composés

2. Représentation symbolique

La représentation symbolique d’un élément chimique est la première lettre du nom latin ou grec écrite en majuscule. Exemple : Hydrogène (H) ; oxygène (O), carbone (C), Fluor (F), Phosphore (P), Potassium (K : dérive de Kalium).

Parfois, pour éviter toute confusion sur le nom, on ajoute à coté de la première lettre en majuscule une seconde lettre écrite en minis cule. Exemple : Hélium (He), Sodium (Na : de Natrinium) , Fer (Fe) , Chrome (Cr) , Neon (Ne) , Calcium (Ca) ,Cadmium (Cd)…

2. atome
   1. Définition

L’atome est la plus partie de la matière qui puisse exister tout en conservant les propriétés d’une matière.

Remarque : nous appellerons molécule le plus petit  assemblage d’atomes liés les uns des autres de manière covalente de façon à conserver les propriétés d’un corps purs

3. Structure de l’atome

L’atome est un assemblage formé de deux parties :

• Un noyau constitué de protons et de neutrons, autour du quel gravite  sur une partie périphérique
• Des électrons formant un nuage électronique. Les électrons tournent autour du noyau avec une vitesse relativement constante

Exemples : atome d’hydrogène

3. Les caractéristiques dans l’atome

3. Les dimensions dans l’atome

Le diamètre de l’atome est de l’ordre de l’Angstrœm : 1A = 10^-10m. Exemple : Rayon de l’atome d’Hydrogène  R_H = 0,53A

3. Représentation symbolique du noyau atomique

L’atome est symboliquement représenté par :

ΖΑΧ

A = nombre total de nucléons (protons et neutrons) contenus dans le noyau

X = symbole de l’élément correspondant à l’atome

Z = nombre total de proton contenu dans le noyau ( on l’appelle parfois numéro atomique)

Exemples :    

  He : 4nucléons dont 2 proton p et deux neutrons n ; U : 235 nucléons dont 92 p et (235-92)= 143n ; 614C ;1940K…

Remarque : 

Lorsque la matière est électriquement neutre , alors le nombre de protons est égal au nombre de neutrons 

Toute charge électrique est un multiple entier de la charge élémentaire de l’électron e :

q = Ne, N∈?

3.  Isotopes
   1. Définition

Deux atomes sont isotopes l’un de l’autre si leurs noyaux renferment le même  nombre de protons mais différent par leurs nombre s de neutron ou nombre total de masse

3. Exemples

 , , et  sont isotopes l’un de l’autre

C,  , et  sont les isotopes du carbone

3. Structure électronique et formule électronique

Les électrons tournent autour du noyau atomique sur des trajectoires privilégiées appelée orbite ou rang ou niveau d’énergie. La première orbite est l’orbite de rang n=1, on l’appelle aussi couche K. L e second  est l’orbite de rang n=2 ou couche L. L’orbite de rang3 est la couche M. Ensuite vient N….

3. Régle de remplissage des niveau d’énergie
   1. Régle n°1 :

Avant de remplir une couche donnée , il faut veiller  d’abord à remplir au maximum les couches précédentes 

3. Régle n°2 

Le nombre d’électrons situés jusqu’à une couche de rang n ( sauf pour K où c’est 2)ne peut dépasser 2n²+2 valeurs

Exemple : 

n=1 ⇒ 2 électrons sur la couche K

n=2 ⇒ 2(2²) +2 = 10 électrons dont 2 sur la couche K et 8 sur la couche L

n= 3 ⇒ 2(2³) +2= 18 électrons dont 2 sur la couche K ,8 sur la couche L et 8 sur la couche M

3. Exercice d’application

Déterminer la formule électronique puis la structure électronique de chacun des atomes dont les éléments sont les suivant : H (Z=1) ; B (Z=5) ;C(Z=6) ; Cl(Z=17) ; Na(Z=11) ;K(Z=19)

Réponses :

H (Z=1) :K¹

  K

B (Z=5) :K²L³

K           L

C(Z=6) :K²L⁴

K          L

Cl (Z=17) : K²L⁸M⁷

K           L                         M

Na(Z=11) :K²L⁸M¹

K             L                      M

K (Z=19) :K²L⁸M⁸N¹

K             L                       M                     N

3. tableau de classification périodique des éléments
   1. Présentation sommaire :

On notera dans une case :
ΖΑΧ

Métaux alcalins(I)    Alcalino-terreux (II)                                                           Halogènes(VII)    Gaz rares(IIX)

4. Description et interprétation ;

Le tableau est formé de ligne et de colonne.  Les éléments appartenant à la même ligne sont de la même période ou rang. Les éléments appartenant à la même colonne sont de la même famille ou groupe. Ainsi, les éléments de la 1^ère colonne constituent la famille des métaux alcalins, ils sont secs, excellents conducteurs de courant et d’électricité. Les métaux alcalino-terreux  occupent la deuxième colonne, ils sont moux malléables, isolants donc faiblement conducteur de courant et d’électricité. Les halogènes constituent la 7^ième famille, ce sont le Cl, Br, I, et F.  La dernière colonne est occupée par les gaz rares que l’on appelle aussi gaz nobles à cause de leur très grande stabilité

4. Liaisons chimiques
   1. Schéma de Lewis

Le Schéma de Lewis consiste à écrire le symbole de l’élément autour duquel on répartie les électrons situés sur la dernière couche de l’atome.

Remarque ; un point (.) représente un électron libre (célibataire) ; un tiret (-) représente un doublet apparié de 2 électrons.

Exemples : 

donnons les Schémas de Lewis des éléments de l’exercice précédant ;

H (Z=1) :K¹⇒  ; B (Z=5) :K²L³ ⇒ ; C (Z=6) :K²L⁴⇒ ; Cl (Z=17) : K²L⁸M⁷ : ; 

Na (Z=11) :K²L⁸M¹ :  ; K (Z=19) :K²L⁸M⁸N¹ :

1. Régle de l’Octet

Les atomes ont tendance à gagner ou perdre des électrons de manière à acquérir la structure électronique du  gaz rare le plus proche. Donc, 8 électron sur la dernière couche , sauf pour la couche K où la stabilité maximum est 2 électron sur cette couche.

1. Notion d’ion

Un cation est un atome qui a perdu un ou plusieurs électrons. Un anion est un atome qui a gagné un ou plusieurs électrons. 

Exemples :

Na (Z=11) :K²L⁸M¹ a tendance à perdre un électron pour satisfaire la règle de l’Octet en se transformant en ion positif ou cation Na⁺ dont la formule électronique de l’ion est²L⁸

Cl (Z=17) : K²L⁸M⁷ a tendance à gagner un électron pour être stable en se transformant en ion négatif ou anion Cl^- .

1. Liaison covalente
   1. Cas de HCl 

H    +    Cl          H-Cl

K¹        K²L⁸M⁷

Comme le Chlore ; l’Hydrogène a besoin de gagner un électron pour être stable. Alors, les deux atomes vont se lier en mettant chacun  en commun d’1 électron.

1. Définition

Une liaison covalente est une mise en commun d’un ou de plusieurs électrons entre atomes voisins.

Exemples

Remarque :

La valence d’un élément est le nombre de liaisons que peut former cet élément avec d’autre ; c’est aussi le nombre d’électron libre situé sur la dernière couche de cet élément

Exemple :

Eléments monovalents : H ,les halogènes ; divalents : O,S ; trivalents : N,P, tétravalent :C

Exercice : 

1. Proposer des schémas  de Lewis et formules développées des différentes molécules suivantes : CH₄ ; C₂H₆ ; C₃H₈ ; C₄H₁₀ ; C₂H₇N ; C₂H₆
2. En déduire les formules semi-développées correspondantes

Réponse :

1. Liaison ionique
   1. Cas de NaCl   Chlorure de sodium

Na          +            Cl             (Na⁺ ; Cl ^-) (formule ionique)

K²L⁸M¹              K²L⁸M⁷         NaCl (formule statique)

Interprétation :

 Pour être stable, Na a besoin de perdre un électron, alors Cl a besoin d’en gagner un. Ainsi, les deux atomes vont se lier après  transfert d’1 électron du Sodium au Chlore. La liaison sera maintenue par interaction électrostatique

1. Définition 

Une liaison ionique est une liaison au cours de laquelle il y’a un transfert d’un ou de plusieurs électrons d’une entité à une autre.

1. Autres exemples

Chlorure de calcium

Ca          +            2Cl             (Ca²⁺ ; 2Cl ^-) (formule ionique)

K²L⁸M⁸N²              K²L⁸M⁷         CaCl₂ (formule statique)

Sulfure  d’Aluminium

2Al          +            3S             (2Al³⁺ ; 3S^{2 -}) (formule ionique)

K²L⁸M³             K²L⁸M⁶         Al₂S₃ (formule statique)

1. Les composés à liaisons mixte : 
   1. formule statique et nom :

Le nom du composé statique s’obtient en citant le nom de l’anion suivi du cation. Par contre dans l’écriture, on écrit d’abord le symbole du cation suivi de l’anion. Leurs nombres sont indiqués en indice devant le symbole de l’élément ou groupe d’atomes considérés.

Remarque : noms de quelques ions

Anions : 

Cl^- ion chlorure; Br ^- ion bromure; F^- ion fluorure; I^- ion iodure; S^2– ion sulfure; 

Cations :

Ag⁺ ion argent (I) ;  Al³⁺ ion aluminium (III); Ca²⁺ ion calcium; Fe²⁺ ion fer (II) ou ferreux; Fe³⁺ ion ferrique ou fer(III);Cu⁺ ion cuivreux ou cuivre (I) ; Cu²⁺ ion cuivre (II) ou cuivrique

Cas d’ions mixtes :

SO₄^2– ion sulfate ; NO₃^– ion nitrate ; MnO₄^– ion permanganate; Cr₂O₇^2– ion chromate ; HO^– ion hydroxide; H₃O⁺ ion hydronium; NH₄⁺ ion ammonium

1. Exercice d’application

Remplir le tableau suivant :