Constitution de la matière — Atome et tableau périodique

Structure électronique — Les électrons d'un atome se répartissent en couches successives, notées K, L, M. Chaque couche électronique a une capacité maximale : 2 électrons pour K, 8 pour L, 8 pour M au niveau de la seconde. On remplit dans l'ordre, en ne commençant une couche que lorsque la précédente est saturée. La dernière couche occupée est la couche de valence : c'est elle, et elle seule, qui détermine le comportement chimique.

Ion monoatomique — Un ion est un atome qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. Le noyau ne change jamais : le nombre de protons, donc l'élément, reste le même. Un atome forme l'ion qui lui donne une couche de valence saturée — huit électrons, ou deux pour les plus légers. C'est la règle de l'octet, et elle explique pourquoi le sodium donne Na⁺ et le chlore Cl⁻ sans jamais faire l'inverse.

Prévoir l'ion formé par un atome

1. Écrire la structure électronique de l'atome à partir de son numéro atomique $Z$.
2. Compter les électrons de la couche de valence, la dernière occupée.
3. Comparer à 8 : si le compte est proche de 8, l'atome gagne les électrons manquants ; s'il est proche de 0, il perd ceux de la couche de valence.$8-7=1$Le chlore, (K)²(L)⁸(M)⁷, gagne un seul électron.
4. Écrire la charge en exposant, avec son signe : un électron gagné donne une charge négative.
5. Contrôler le sens : un ion positif a moins d'électrons que de protons, jamais l'inverse.

Le magnésium a pour numéro atomique Z = 12. Donner sa structure électronique et prévoir l'ion qu'il forme.

1. On remplit K, puis L, puis M :$2+8+2=12$
2. La structure est donc (K)²(L)⁸(M)².
3. La couche de valence, M, ne porte que 2 électrons : il est bien plus économique de les perdre que d'en gagner six.
4. En perdant deux électrons, l'atome garde ses 12 protons et n'a plus que 10 électrons.$12-10=2$

Mg²⁺, un cation de charge +2

Le tableau périodique classe les éléments par numéro atomique croissant. Une ligne, appelée période, correspond à une même couche électronique externe en cours de remplissage. Une colonne, appelée famille, rassemble les éléments ayant le même nombre d'électrons de valence — c'est pour cela qu'ils ont des propriétés chimiques semblables et forment le même type d'ion. Toute la puissance du tableau périodique tient dans cette phrase : la place prédit le comportement.

Mole et constante d'Avogadro — Une mole est un paquet d'entités, comme une douzaine est un paquet de douze. Le nombre d'entités par mole est la constante d'Avogadro, environ 6,02 × 10²³ mol⁻¹. La masse molaire $M$, en g·mol⁻¹, est la masse d'une mole de l'entité considérée : c'est elle qu'on lit dans le tableau périodique, et c'est elle qui traduit une pesée en quantité de matière.

Pour une espèce dissoute dans un solvant, la concentration molaire $c$ est la quantité de matière de soluté par litre de solution. Elle s'exprime en mol·L⁻¹. La grandeur $V$ est le volume de la solution, pas celui du solvant ajouté, et il doit toujours être converti en litres avant le calcul.

Préparer une solution par dissolution

1. Partir du but : la concentration molaire $c$ et le volume $V$ de solution souhaités.
2. Calculer la quantité de matière nécessaire par $n=c\times V$, avec $V$ en litres.$0,2\times 0,25=0,05$Pour 250 mL d'une solution à 0,2 mol·L⁻¹, il faut 0,05 mol de soluté.
3. Convertir cette quantité en masse à peser par $m=n\times M$.$0,05\times 58,5\approx 2,9$Avec M = 58,5 g·mol⁻¹ pour le chlorure de sodium, il faut peser 2,9 g.
4. Dissoudre la masse pesée dans la fiole jaugée, puis compléter jusqu'au trait de jauge — le volume final est celui de la solution.
5. Vérifier que la masse pesée est mesurable : quelques grammes se pèsent, quelques microgrammes non.