L'atome est électriquement neutre (autant de protons que d'électrons).
Méthode
Calculer la charge du noyau
06
1
Relever Z dans l'écriture conventionnelle.
2
Multiplier par la charge élémentairee=1,6×10−19C.
3
Conclure sur la neutralité : le cortège des Z électrons porte la charge opposée.
Méthode
Calculer la masse approchée d'un atome
07
La masse des électrons est négligeable : la masse de l'atome est concentrée dans le noyau.
1
Relever le nombre de nucléons A.
2
Multiplier par la masse d'un nucléon mn=1,67×10−27kg.
Piège
Un nombre de masse n'est pas une masse
08
Le nombre de masseA compte les nucléons : c'est un entier sans unité.
La masse de l'atome, elle, s'exprime en kg et s'obtient en multipliant A par la masse d'un nucléon.
Écrire « m=12kg » pour le carbone 12, ou donner une masse sans unité, est une erreur très fréquente en devoir.
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
Propriété
Classification périodique et configuration électronique
09
Les 118 éléments sont rangés par Z croissant : 7 périodes (lignes), 18 colonnes.
Les électrons remplissent les couches dans l'ordre 1s,2s,2p,3s,3p (capacités : s→2,p→6 électrons).
Méthode
Établir une configuration électronique
10
1
Déterminer le nombre d'électrons : Z pour un atome neutre.
2
Remplir les sous-couches dans l'ordre 1s,2s,2p,3s,3p sans dépasser leurs capacités (2,2,6,2,6).
Définition
Couche de valence et familles
11
La couche de valence = dernière couche occupée (les autres = couches de cœur) ;
ses électrons sont les électrons de valence (Al : 3s23p1, soit 3).
Une famille chimique = une même colonne : même nombre d'électrons de valence
Donc : propriétés chimiques voisines.
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
Piège
Électrons de valence : toute la dernière couche
12
On compte tous les électrons de la dernière couche (le plus grand numéro devant s ou p), pas seulement ceux de la dernière sous-couche.
Pour le soufre, 1s22s22p63s23p4 : la couche de valence est la couche 3, soit 2+4=6 électrons de valence, et non 4.
Méthode
Placer un élément dans le tableau périodique
13
1
Repérer le numéro de la dernière couche occupée : c'est le numéro de la période (la ligne).
2
Compter les électrons de valence.
3
En déduire la colonne : 1 ou 2 électrons en s donnent les colonnes 1 ou 2 ;
de 3 à 8 électrons de valence, on ajoute 10 (colonnes 13 à 18).
Vocabulaire
Trois familles à connaître
14
Les alcalins occupent la colonne 1 (sauf l'hydrogène) : lithium Li, sodium Na, potassium K.
Les halogènes occupent la colonne 17 :
fluor F, chlore Cl
Exemple
Le chlore 35, de A à Z
15
X1735X217235Cl
Exercices d'application
Exercice 1
Structure lacunaire de l'atome
Le diamètre d'un atome d'hydrogène vaut environ 10−10m et celui de son noyau environ 10−15m. 1. Calculer le rapport entre le diamètre de l'atome et celui de son noyau. 2. Si on représentait le noyau par une bille de 1cm de diamètre, quel serait le diamètre de l'atome à la même échelle ? 3. Que peut-on en conclure sur la structure de l'atome ?
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Sur la copie, pour X2656X226256Fe : le noyau contient 26 protons et 56−26=30 neutrons ;
l'atome possède 26 électrons.
À retenir
N=56−26=30
le nombre de neutrons du fer 56 : on soustrait le numéro atomique au nombre de masse
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
Masse des électrons négligeable, mproton≈mneutron≈mn=1,67×10−27kg.
À retenir
Q=Ze
charge du noyau (C)
m≈A×mn
masse de l'atome (kg),mn=1,67×10−27kg
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
Exemple
Sur la copie, pour X1123X211223Na :
Q=Ze=11×1,6×10−19=1,76×10−18C
les 11 électrons portent −1,76×10−18C
Donc : l'atome est neutre.
À retenir
Q=11×1,6×10−19=1,76×10−18C
la charge du noyau du sodium : le nombre de protons multiplié par la charge élémentaire
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
3
Donner le résultat en kg, en écriture scientifique.
Exemple
Sur la copie, pour X612X26212C :
m≈A×mn=12×1,67×10−27=2,0×10−26kg
À retenir
m≈12×1,67×10−27=2,0×10−26kg
la masse approchée de l'atome de carbone 12 : le nombre de nucléons multiplié par la masse d'un nucléon
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
Ex. aluminium (Z=13) :
1s22s22p63s23p1
À retenir
1s,2s,2p,3s,3p
ordre de remplissage des couches
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
3
S'arrêter dès que tous les électrons sont placés.
4
Vérifier : la somme des exposants doit redonner Z.
Exemple
Sur la copie, pour le soufre (Z=16) :
1s22s22p63s23p4, et 2+2+6+2+4=16
À retenir
1s22s22p63s23p4
la configuration électronique du soufre : la somme des exposants redonne le nombre d'électrons
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
Répondre « 4 » est l'erreur la plus fréquente de ce chapitre.
À retenir
3s23p4⇒2+4=6eˊlectrons de valence
on additionne les électrons de toutes les sous-couches de la dernière couche occupée
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
Exemple
Sur la copie, pour l'aluminium 1s22s22p63s23p1 : dernière couche 3 donc période 3 ;
2+1=3 électrons de valence donc colonne 13.
(L'hélium, 1s2, fait exception : il est en colonne 18.)
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
Les gaz nobles occupent la colonne 18 : hélium He, néon Ne, argon Ar ;
ils sont chimiquement très stables.
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
: 17protons, 35−17=18neutrons, 17électrons.
Configuration : 1s22s22p63s23p5, soit 7 électrons de valence : période 3, colonne 17, famille des halogènes.
Masse approchée :
m≈35×1,67×10−27=5,8×10−26kg
À retenir
1s22s22p63s23p5
la configuration électronique du chlore : sept électrons de valence, colonne des halogènes
Un passage pas clair ?
Demande à Super Craie, elle a lu ce passage.
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1.
Rapport des diamètres :
dnoyaudatome=10−1510−10=105=100000
L'atome est 100 000 fois plus grand que son noyau.
2.
À la même échelle, l'atome aurait pour diamètre :
d=100000×1cm=105cm=103m=1km.
Une bille de 1cm au centre d'une sphère de 1km de diamètre !
3.
L'atome est lacunaire : il est essentiellement constitué de vide, et sa matière est concentrée dans le noyau.
Exercice 2
Écriture conventionnelle d'un noyau
Un atome de chlore possède 17 protons et 18 neutrons. Donner son numéro atomique Z, son nombre de masse A, son nombre d'électrons, et son écriture conventionnelle.
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Numéro atomique
Z=17 (nombre de protons).
Nombre de masse
(nombre de nucléons) :
A=Z+N=17+18=35
L'atome est électriquement neutre : il possède autant d'électrons que de protons, soit 17 électrons.
Écriture conventionnelle
X1735X217235Cl
Exercice 3
Charge du noyau et neutralité de l'atome
L'atome d'aluminium a pour numéro atomique Z=13. Donnée : e=1,6×10−19C. 1. Calculer la charge électrique Qnoyau de son noyau. 2. Calculer la charge électrique du nuage électronique (l'ensemble des électrons). 3. En déduire la charge totale de l'atome. Conclure.
Voir le corrigé
1.
Seuls les protons du noyau sont chargés (les neutrons sont neutres), chacun portant la charge +e :
Qnoyau=Z×e
Qnoyau=13×1,6×10−19C=2,08×10−18C≈2,1×10−18C.
Exercice 4
Masse approchée d'un atome
Calculer la masse approchée d'un atome de carbone X612X26212C (mn=1,67×10−27kg).
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La masse des électrons est négligeable devant celle des nucléons : la masse de l'atome est concentrée dans son noyau, qui contient A=12 nucléons de masse mn chacun.
m≈A×mn
Exercice 5
Configuration électronique et valence
Donner la configuration électronique de l'atome de soufre (Z=16) à l'état fondamental, puis son nombre d'électrons de valence.
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L'atome de soufre est neutre :
il possède Z=16 électrons
On remplit les couches dans l'ordre 1s,2s,2p,3s,3p (capacités : s→2,p→6) :
1s22s22p63s23p4
Vérification :
2+2+6+2+4=16 électrons
La couche de valence est la dernière couche occupée, la couche n=3 :
3s23p4
Le soufre possède donc 2+4=6 électrons de valence.
Exercice 6
Famille chimique
Le fluor (Z=9) a pour configuration 1s22s22p5 et le chlore 1s22s22p63s23p5. Pourquoi appartiennent-ils à la même famille chimique ?
Voir le corrigé
Fluor
couche de valence 2s22p5, soit 2+5=7 électrons de valence.
Chlore
couche de valence 3s23p5, soit 2+5=7 électrons de valence.
L'atome possède 13 électrons, chacun portant la charge −e :
Qelectrons=−13×1,6×10−19C≈−2,1×10−18C.
3.
Charge totale :
Qnoyau+Qelectrons=0C
L'atome est électriquement neutre : il contient autant de protons que d'électrons.
m≈12×1,67×10−27kg=2,004×10−26kg
soit m≈2,0×10−26kg.
Ils possèdent le même nombre d'électrons de valence (7) : ils sont donc dans la même colonne de la classification périodique, c'est-à-dire dans la même famille chimique (celle des halogènes), et ont des propriétés chimiques voisines.
