Fiche à trous · 4ème · Physique-Chimie

Atomes, molécules et modèle particulaire

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Un atome est presque entièrement vide. Toute sa masse tient dans un noyau des dizaines de milliers de fois plus petit que lui, autour duquel des électrons occupent l'espace restant. Si le noyau avait la taille d'une bille posée au centre d'un stade, les électrons circuleraient dans les gradins. C'est ce modèle — et rien de ce que l'œil peut voir — qui explique les ions, les molécules et toute la chimie.

La structure de l'atome

Définition — atome :

Règle

Exemple

Le sodium a pour numéro atomique 11 et pour nombre de masse 23. Donner la composition complète de son atome.

Résultat :

Piège

Compter les électrons dans le noyau.

Retenir la répartition en une phrase : la masse au centre, la charge négative autour. Un électron qui bouge ne change jamais l'identité de l'atome ; un proton, si.

Les ions

Définition — ion, cation, anion :

Piège

Expliquer la charge d'un ion par un gain ou une perte de protons.

Se demander ce qui a bougé. Le noyau ? Alors ce n'est plus le même élément, et on a quitté la chimie. Les électrons ? Alors c'est un ion.

Déterminer la composition d'un ion

Le tableau périodique

Définition — tableau périodique :

Deux familles suffisent à comprendre l'intérêt du classement. Les gaz nobles, dans la dernière colonne, ne réagissent presque avec rien. Les halogènes, dans l'avant-dernière, forment tous des anions de charge moins un — d'où $C l^{-}$ , $F^{-}$ , $I^{-}$ . Connaître la colonne d'un élément, c'est prévoir la charge de son ion sans l'avoir appris par cœur.

Les molécules et leur formule

Définition — molécule et formule brute :

16.

Compter les atomes d'une formule

Mon atome est-il neutre — autant d'électrons que de protons ?
Ai-je placé les électrons autour du noyau, jamais dedans ?
Pour un ion, ai-je fait varier les électrons et laissé le noyau intact ?
Un ion positif a moins d'électrons : ai-je vérifié le sens ?
Ai-je distingué l'indice, qui compte les atomes, du nombre placé devant, qui compte les molécules ?
Ai-je compté chaque élément séparément avant de faire le total ?

Corrigé · à détacher

Atomes, molécules et modèle particulaire

1. Un atome est formé d'un noyau central, qui contient des protons chargés positivement et des neutrons sans charge, autour duquel se déplacent des électrons chargés négativement. Presque toute la masse est dans le noyau ; presque tout le volume est occupé par les électrons.
2. $A = Z + N$
3. Le noyau porte la masse et la charge positive ; les électrons occupent le volume. Le schéma n'est pas à l'échelle — aucun ne peut l'être.
4. Un atome est électriquement neutre : il porte autant de charges positives que de charges négatives. Le nombre d'électrons est donc égal au nombre de protons, c'est-à-dire au numéro atomique $Z$ . Cette égalité n'est pas une coïncidence à retenir : c'est elle qui rend l'atome neutre, et c'est sa rupture qui fabrique un ion.
5. Le numéro atomique donne le nombre de protons : il y en a 11.
6. L'atome étant neutre, il possède autant d'électrons que de protons, soit 11 électrons.
7. Les neutrons s'obtiennent par différence entre le nombre de masse et le numéro atomique :
8. 11 protons, 12 neutrons, 11 électrons
9. Un ion est un atome — ou un groupe d'atomes — qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons, et qui n'est donc plus neutre. Un cation a perdu des électrons et porte une charge positive : $N a^{+}$ , $C u^{2 +}$ . Un anion en a gagné et porte une charge négative : $C l^{-}$ , $O^{2 -}$ . Le noyau, lui, n'a pas changé.
10. Relever le numéro atomique $Z$ : il donne le nombre de protons, qui ne change jamais.
11. Lire la charge portée en exposant, avec son signe.
12. Soustraire cette charge au nombre de protons pour obtenir le nombre d'électrons.
13. Contrôler le sens : un ion positif a moins d'électrons que de protons, un ion négatif en a davantage.
14. Le tableau périodique classe les éléments par numéro atomique croissant, en les rangeant de telle sorte que ceux d'une même colonne aient des propriétés chimiques voisines. Une colonne s'appelle une famille, une ligne une période. Ce n'est pas une liste : c'est un classement qui prédit — Mendeleïev y a laissé des cases vides pour des éléments qu'on a découverts ensuite, avec les propriétés annoncées.
15. Une molécule est un assemblage d'atomes liés entre eux, électriquement neutre. Sa formule brute compte les atomes de chaque élément, sans dire comment ils sont liés : $H_{2} O$ signifie deux atomes d'hydrogène et un d'oxygène. L'indice s'écrit en bas à droite du symbole ; son absence signifie un atome.
16. Trois molécules courantes. La formule brute compte les atomes ; le modèle montre comment ils sont assemblés.
17. Lire l'indice écrit en bas à droite de chaque symbole ; son absence vaut 1.
18. Multiplier par le grand nombre écrit devant la formule, s'il y en a un, qui compte les molécules.
19. Additionner pour obtenir le nombre total d'atomes.
20. Contrôler que chaque élément a bien été compté séparément avant tout total.