Les constituants de la matièreCours

I

Les entités composant les espèces chimiques

Les espèces chimiques qui nous entourent peuvent être constituées de plusieurs entités.

Atome

L'atome est le constituant fondamental de la matière. Il est électriquement neutre. On peut trouver les symboles des atomes dans le tableau périodique des éléments chimiques.

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Un échantillon de fer ne contient que des atomes de fer, dont le symbole est Fe.

Molécule

Une molécule est un assemblage d'atomes, électriquement neutres, liés entre eux. La formule brute d'une molécule s'obtient en accolant les formules des atomes qui la composent et en indiquant leur nombre (« 1 » étant excepté).

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La molécule d'eau est formée par deux atomes d'hydrogène liés à un atome d'oxygène, sa formule brute est donc \textcolor{Blue}{H_2}\textcolor{Red}{O}.

Ion

Un ion est l'espèce formée lorsqu'un atome ou une molécule a perdu ou gagné des électrons. On distingue :

  • les cations, formés par une perte d'électrons et porteurs d'une charge positive ;
  • les anions, formés par un gain d'électrons et porteurs d'une charge négative.

 

La formule d'un ion indique la nature de l'élément ainsi que sa charge électrique, en haut à droite.

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Le sel de cuisine contient des cations (les ions sodium de formule \textcolor{Orange}{\ce{Na^{+}}} ) et des anions (les ions chlorure de formule \textcolor{#66CC99}{\ce{Cl^{-}}} ).

II

Le noyau de l'atome

A

Les particules fondamentales

Noyau

Le noyau atomique est au centre de l'atome et porte sa charge positive.

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« e » est la charge électrique élémentaire :  \text{e}=1,60.10^{-19} C

B

L'écriture conventionnelle et la composition du noyau atomique

L'écriture conventionnelle d'un noyau est liée à sa composition :

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Le noyau de l'atome de fluor est composé de 9 protons et 10 neutrons, sa représentation symbolique est donc 9 19 F.

Étant neutre, la composition d'un atome \ce{^{Z}_{A}X}  est donc : Z protons, A – Z neutrons et Z électrons.

Un atome de sodium est composé de 11 protons, 23-11=12 neutrons et 11 électrons.

C

La comparaison des tailles et des masses de l'atome et du noyau

1

Les ordres de grandeur de l'atome et de son noyau

L'ordre de grandeur de son rayon est 1 fm (10^{-15}\text{ m}) alors que celui de l'atome est 0,1 nm (10^{-10}\text{ m}) : le noyau est donc environ 100 000 fois plus petit que l'atome.

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2

La répartition de la masse dans un atome

La masse des électrons est négligeable devant celle des nucléons :

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La masse d'un atome est donc concentrée dans son noyau.

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Les protons et neutrons ont quasiment la même masse :
m_{\text{nucléon}}=1,7.10^{-27}\text{ kg}

La masse approchée d'un atome est donc donnée par la relation :  m_{\text{atome}}=A\times m_{\text{nucléon}}

La représentation symbolique d'un atome de fluor étant \ce{^{19}_{9}F}, sa masse approchée est :

m_{\text{F}}=A\times m_{\text{nucléon}}\\m_{\text{F}}=19\times 1,7.10^{-27}\\m_{\text{F}}=3,2.10^{-26}\text{ kg}   

III

L'élément chimique : identité d'un atome ou d'une entité

A

L'élément chimique

Élément chimique

Un élément chimique regroupe toutes les entités chimiques ayant le même numéro atomique Z .

L'écriture conventionnelle d'une entité permet de définir l'élément chimique correspondant. 

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Les entités chimiques (atome de chlore) et (ion chlorure) correspondent au même élément chimique : le chlore.

Les corps simples sont composés d'un seul élément chimique contrairement aux corps composés.

Le dioxygène \ce{O2} est un corps simple alors que l'eau \ce{H2O} est un corps composé.

B

Les isotopes

Deux atomes sont isotopes s'ils ont :

  • Le même numéro atomique Z : ils correspondent donc au même élément chimique et ont les mêmes propriétés chimiques.
  • Un nombre de masse A différent : leur noyau ne contient pas le même nombre de neutrons et leur masse est différente.
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Les atomes de carbone 12 \left(_6^{12}\right)C (dont le noyau est composé de 6 protons et 6 neutrons) et carbone 14 \left(_6^{14}\right) C (dont le noyau est composé de 6 protons et 8 neutrons) sont isotopes.

C

Les tests de flamme

Un élément chimique peut être caractérisé par un test de flamme : la couleur de la flamme dépend de l'élément chimique qui y a été introduit, quelle que soit sa forme ou son isotope.

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D

La conservation des éléments chimiques

Lors des transformations chimiques, les éléments chimiques sont conservés.

Dans le cycle de transformations suivant, l'élément chimique cuivre est conservé.

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