Chapitre n° 1 : Les atomes et les ions








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date de publication30.03.2017
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Chapitre n° 1 : Les atomes et les ions




Objectifs :

  1. connaître le modèle de l'atome ;

  2. connaître la charge électrique d’un atome ;

  3. connaître la définition d’un ion;

  4. connaître les deux familles des ions;

  5. connaître les formules chimiques de quelques ions ;

  6. savoir écrire la formule d'un ion ou d'un composé ionique.


I _ Les atomes



1°) Constitution d’un atome
En classe de quatrième, certaines réactions chimiques (Combustion du carbone, du dihydogène .....) ont été interprétées en postulant l'existence de particules : les atomes.

Nous donnerons ici un modèle plus simple, qui sera complété dans les classes ultérieures.
Un atome est constitué par un noyau et des électrons tous identiques, en mouvement autour du noyau.
 L'ensemble des électrons constitue le nuage électronique qui renferme des charges négatives portées par les électrons. Ceux-ci sont animés d'un mouvement rapide et désordonné autour du noyau.

 Le noyau, placé au centre de l’atome, renferme des charges positives portées par des particules appelées protons.
Le noyau contient des charges positives (protons p+) et des particules neutres (neutrons n).


Remarque :

Les neutrons interviennent dans les réactions nucléaires et permettent de casser les atomes d’uranium 235.

2°) Neutralité électrique de l'atome
La charge totale d’un atome est nulle : un atome est électriquement neutre. Il possède autant de charges positives que de charges négatives.


3°) Dimensions et masses atomiques
La masse d’un atome est pratiquement égale à la masse de son noyau.

Le diamètre du noyau d’un atome est de 10000 à 100000 fois plus petit que le diamètre de l’atome
Remarque : Un atome est de l’ordre de 10-10 m. Cela revient à prendre 1 cm et à le couper 1 million de fois.
4°) Répartition des électrons autour du noyau
Les électrons de l’atome se répartissent autour du noyau sur différentes couches concentriques. Le nombre de couches dépend de l’atome et de sa place dans la tableau de

M
Mendeleïev, Dmitri Ivanovitch (1834-1907), chimiste russe surtout connu pour sa classification périodique des éléments. Il montra en effet que les propriétés chimiques des éléments dépendaient directement de leur poids atomique et qu'elles étaient des fonctions périodiques de ce poids.

Il essaya de classer les éléments selon leurs propriétés chimiques.

Mendeleïev fut un professeur renommé de chimie générale à l'université de Saint-Pétersbourg en 1866

endeleïev.




Le tableau comprend 7 lignes appelées K ; L ; M ; N ; O ; P ; Q. Ces lignes représentent les différentes couches sur lesquelles les électrons se répartissent. Cette répartition se fait de manière irrégulière mais réfléchie.

Ainsi : _ la couche K aura au maximum 2 électrons

_ la couche L aura au maximum 8 électrons

_ la couche M aura au maximum 8 électrons

_ la couche N aura au maximum 18 électrons

_ la couche O aura au maximum 18 électrons

_ la couche P aura au maximum 32 électrons

_ la couche Q aura au maximum 64 électrons
Si une couche est pleine, les électrons remplissent la suivante et ainsi de suite.
Remarque :

Le nombre d’électrons varie d’un atome à l’autre. Dans le tableau, ce nombre est indiqué et s’appelle le numéro atomique.

Exemple :

L’atome de sodium Na se trouve sur la 3° ligne (M). Cela signifie que l’atome aura trois couches concentriques.

Son numéro atomique est 11. Il possède donc 11 électrons.

_ la couche K en prendra 2 sur les 11

_ la couche L en prendra 8 sur les neuf restants

_ et donc la couche M en aura 1

Ainsi si on ajoute tous les électrons des couches on retrouve les 11 électrons de départ.



II _ Les ions
1°) Définition
Un ion est un atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.
Certains ions sont constitués d’un seul type d’atome. On les appelle des ions monoatomiques.

D’autres sont formés par l’association d’atomes de types différents : ce sont des ions polyatomiques.

Un atome ne peut perdre que des charges négatives.
Le nombre de protons (charges positives) ne change pas.
2°) Anion ou cation
Comme les atomes gagnent ou perdent des électrons (charges négatives), ils ne peuvent pas être électriquement neutre.

Au départ, dans un atome, le nombre d’électrons est égal au nombre de protons.

Si un atome gagne un ou plusieurs électrons, la quantité d’électrons (charges négatives) devient supérieure à la quantité de protons (charges positives). Dans ce cas, l’ensemble sera électriquement négatif.

L’ion sera, alors, un anion.


Inversement, si un atome perd des charges négatives, les charges positives seront plus nombreuses que les charges négatives. L’ensemble sera positif. L’ion fera partie de la famille des cations.
Un anion est un ion négatif. Il a gagné un ou plusieurs électrons.

Un cation est un ion positif. Il a perdu un ou plusieurs électrons.
Remarque : Les ions polyatomiques sont le plus souvent des anions.

3°) Formules chimiques de quelques ions



Noms des anions

Formules chimiques

sulfate

SO4 2-

chlorure

Cl-

carbonate

CO3 2-

nitrate

NO3 -

hydroxyde

OH -

hydrogénocarbonate

HCO3 -












































Noms des cations

Formules chimiques

sodium

Na +

calcium

Ca 2+

Fer II

Fe 2+

Fer III

Fe 3+

aluminium

Al 3+

hydronium

H -


Observations :
_ les anions ont des noms qui finissent par la terminaison –ate; -ure ; et parfois –ite.

_ les cations sauf quelques ions métalliques finissent par la terminaison –ium.

_ Certains ions métalliques ont un chiffre romain qui indique le nombre d’électrons perdus.

_ lorsqu’un ion possède deux lettres majuscules, cela signifie qu’il est composé de deux atomes différents

exemple :



Le nombre en bas à droite d’une lettre indique le nombre d’atomes. Il agit que sur la lettre qui le précède.

L’information en haut à droite d’un ion nous donne le nombre d’électrons perdus.
_ Une lettre minuscule à côté d’une lettre majuscule (par exemple : Na) permet d’identifier l’atome. L’ensemble ne représente qu’un seul atome.
Exemple :

L’atome de sodium a pour formule Na. Sa formule commence par la lettre N comme l’atome d’azote. Pour la différencier, on rajoute une lettre supplémentaire du nom en minuscule.
III _ Solutions ioniques et composés ioniques
1°) Composés ioniques
Un composé ionique est un solide constitué par l’association d’anions et de cations. L’ensemble doit être électriquement neutre.
Exemple : Le sel est un composé ionique. Il est constitué de deux ions :

_ un anion : l’ ion chlorure Cl

_ un cation : l’ion sodium Na+

Or le composé ionique doit être neutre. Il possède donc autant de charges négatives que de charges positives :

Il faut donc un ion chlorure pour un ion sodium. La formule chimique du sel sera NaCl.
Remarque : Lorsqu’on écrit la formule chimique d’un composé ionique, on place la formule du cation avant celle de l’anion.

2°) Solutions ioniques
Une solution ionique est un liquide composé d’un mélange d’anions et de cations.

On l’obtient généralement par dissolution d’un composé ionique. Dans ce cas, les ions attachés dans le composé ionique se séparent et se mélangent avec les autres molécules.

Cette solution reste neutre : autant de charges négatives que de charges positives.

Lorsqu’on écrit le nom de la solution, l’anion vient en premier puis le cation. On sépare les deux ions avec la particule “de”.
Exemple : Solution de chlorure de fer II . Comme la solution est neutre, il faudra deux ions chlorure pour un ion fer II.

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