Z est appelé numéro atomique ou nombre de charge, IL désigne le nombre de protons (c’est aussi le nombre d'électrons pour un atome neutre). Pour un élément quelconque, la charge du noyau (protons) est +Ze








télécharger 135.68 Kb.
titreZ est appelé numéro atomique ou nombre de charge, IL désigne le nombre de protons (c’est aussi le nombre d'électrons pour un atome neutre). Pour un élément quelconque, la charge du noyau (protons) est +Ze
page1/3
date de publication28.04.2017
taille135.68 Kb.
typeDocumentos
c.21-bal.com > droit > Documentos
  1   2   3

Chapitre I Atomistique


S1

Chapitre I

ATOMISTIQUES

1. Introduction
La matière est formée à partir de grains élémentaires: les atomes. 114 atomes ou éléments ont été découverts et chacun d'eux est désigné par son nom et son symbole.

Exemple : Carbone : C ; Azote : N.

L'atome est un ensemble électriquement neutre comportant une partie centrale, le noyau (protons + neutrons), où est centrée pratiquement toute sa masse, et autour duquel se trouvent des électrons.

En fait, l'atome n'existe pas souvent à l'état libre, il s'associe avec d'autres pour former des molécules.

2. Noyau

Le noyau est formé de particules élémentaires stables appelées nucléons, qui peuvent se présenter sous deux formes à l'état libre, le neutron et le proton.

- Les protons sont chargés positivement :

qp = +e = 1,602 .10-19 C

- La masse du proton : mp = 1,673 .10-27 kg ≈ 1836 me

- Les neutrons sont de charge nulle, leur masse est : mn = 1,675 .10-27 kg.

Conclusion : Toute la masse de l'atome est concentrée dans le noyau.

3. Electron

L'électron porte une charge électrique fondamentale négative égale à -1,6×10-19 coulomb. La masse d'un électron est d'environ 9,11 × 10-31 kg, ce qui correspond à environ 1/1 800 de la masse d'un proton. L'électron fait partie de la famille de particules appelées " leptons "

4. Identification des éléments

4.1. Représentation

A chaque élément chimique, on a associé un symbole. Il s'écrit toujours avec une majuscule, éventuellement suivie d'une minuscule :

Z est appelé numéro atomique ou nombre de charge, il désigne le nombre de protons (c’est aussi le nombre d'électrons pour un atome neutre). Pour un élément quelconque, la charge du noyau (protons) est +Ze. De même la charge des électrons sera -Ze.

A est appelé nombre de masse, il désigne le nombre de nucléons (protons + neutons).

Si N représente le nombre de neutrons, on aura la relation : A = Z + N

4.2. Isotopes

Ce sont des atomes de même numéro atomique Z et de nombre de masse A différent. Un élément peut avoir un ou plusieurs isotopes.

Il n'est pas possible de les séparer par des réactions chimiques, par contre cela peut être réalisé en utilisant des techniques physiques notamment la spectroscopie de masse.

5. Modèle Classique de l’atome (Modele de Bohr)

5.1. Description (cas de l'atome d’hydrogène)

Bohr propose quatre hypothèses :

  • Dans l'atome, le noyau est immobile alors que l'électron de masse m se déplace autour du noyau selon une orbite circulaire de rayon r.

  • L'électron ne peut se trouver que sur des orbites privilégiées sans émettre de l'énergie ; on les appelle "orbites stationnaires".

  • Lorsqu'un électron passe d'un niveau à un autre il émet ou absorbe de l'énergie : ∆E = h.ν

  • Le moment cinétique de l'électron ne peut prendre que des valeurs entières (quantification du moment cinétique) : mvr = n.h/2π h : constante de Planck et n : entier naturel.

5.2. Aspect quantitatif de l'atome de Bohr

Le système est stable par les deux forces et  :

  • Force d’attraction :

  • Force centrifuge :

Le système est en équilibre si : c.à.d (1)

Energie totale du système :

ET = Ec + Ep Ec : énergie cinétique (Ec = mv2/2) et Ep : énergie potentielle, elle est due à l'attraction du noyau (Ep = Fa.dr = - e2/4πε0r)

Donc (2)

Rayon de l'orbite :

On sait que : mvr = n.h/2π

Donc mv2= n2h2 / 4π2mr2 (3)

(1) et (3) donnent : r = ε0h2n2 / πme2 (4)

C'est le rayon de l'orbite où circule l'électron ; il est quantifié.

Si on remplace (4) dans (2), on obtient : ET = -me4 / 8ε02h2n2 (5)

L'énergie totale d'un électron est donc discrète ou quantifiée.

  • Pour n=1 (état fondamental : l'électron occupe l'orbite de rayon r1 et d'énergie E1)

r1 = 5,29.10-11 m = 0,529 Å (1Å = 10-10 m)

E1 = -21,78.10-19 j = -13,6 eV (1eV = 1,6.10-19j)

  • Pour n =2 (Premier état excité) , r2 = 4r1 = 2,116 Å et E2 = E1/4 = -3,4 eV

  • Pour n = 3 (Deuxième état excité), r3 = 9r1 = 4,761 Å et E3 = -1,51 eV

5.3. Absorption et émission d'énergie

Un électron ne peut absorber ou libérer de l'énergie c.à.d rayonné qu'en passant d'un niveau (orbite) à un autre. La quantité d'énergie absorbée ou émise est égale à la différence d'énergie entre les deux niveaux (relation de Planck) :

E = [Ef - Ei]= hν Ef : état final, Ei : état initial, h : constante de Planck, ν : fréquence de radiation

Absorption : Lorsqu’un électron passe d'un niveau n (orbites de rayon rn) à un niveau p (p>n) supérieur (orbite de rayon rp), il absorbe une radiation de fréquence νn-p.

Emission : Lorsqu’un électron passe d'un niveau p à un niveau n (p > n), il émet une radiation de fréquence νp-n.

6. Rayonnement électromagnétique

Les rayons lumineux sont caractérisés par la propagation d'une onde électromagnétique à la vitesse de la lumière (c = 3.108 m/s). Cette onde est caractérisée par sa longueur d'onde λ ou par son nombre d'onde σ : λ = 1/σ = c/ν ν : la fréquence

Le spectre de l'ensemble des radiations peut se présenter de la façon suivante :


7. Spectre d’émission de l’atome d’hydrogène

Le spectre de raie de l'atome d'hydrogène présente quatre raies principales dans le domaine visible.



Quantification de l'énergie :

L'énergie émise ou absorbée par un électron est :

E = [Ep – En]= hν p>n

E = (1/n2 - 1/p2) me4 / 8ε02h2 or hν = h.c/λ C.à.d 1/λ = σ = (1/n2 - 1/p2) me4 / 8ε02h3c

1/λ = RH (1/n2 - 1/p2) avec RH = me4 / 8ε02h3c, appelé constante de Rydberg

Cette relation permet de calculer les différentes longueurs d'onde. En général, on trouve plusieurs séries de spectre selon l'état où se trouve l'électron :

  • Série de Lymann: n = 1 et p>1 (p = 2,3…,∞)

  • Série de Balmer: n = 2 et p>2 (p = 3,4…,∞)

  • Série de Paschen: n = 3 et p>3 (p = 4,5…,∞)

  • Série de Brachett : n = 4 et p>4 (p = 5,6…,∞)

  • Série de Pfund : n = 5 et p>5 (p = 6,7…,∞)

8. Généralisation aux ions hydrogénoides

Ce sont des ions qui ne possèdent qu'un seul électron.

Leurs énergie totale s'écrit : ET = Z2/ n2.(-me4 / 8ε02h2 )  ET = E1.Z2/ n2

Le rayon d'une orbite de rang n d'un ion hydrogènoïde est : r = n2/Z.(ε0h2 / πme2) ou encore r = r1 . n2/Z et 1/λ = Z2.RH (1/n2 - 1/p2)

9. Energie d’ionisation

C'est l'énergie nécessaire pour amener l'électron de son état fondamental vers l'infinie.

H ----hνL---> H+ + 1e- ionisation de l'atome d'hydrogène

E = hνL= E - E1 = 13,6 eV avec νL : fréquence limite et E = 0

10. Modèle quantique de l’atome

10.1. Nombres quantiques

Pour la fonction d'onde Ψ (orbitale atomique), elle fait intervenir trois nombres appelés "nombres quantiques" qui caractérisent l'état d'un électron. Ces trois nombres sont : n ; l et m :

  1. n : nombre quantique principal (n = 1,2,3,…∞) qui définit la couche quantique (énergie de l'électron). On appelle couche l'ensemble des orbitales qui possèdent la même valeur de n.

  2. l est le nombre quantique secondaire ou azimutal, il peut prendre toutes les valeurs comprises entre 0 et n-1 : 0 ≤ l ≤ n-1, l définit la notion de sous-couche et détermine les géométries des orbitales atomiques.

  3. m est le nombre quantique magnétique, il définit la case quantique. m peut prendre toutes les valeurs comprises entre -l et +l : -l ≤ m ≤+l

Remarque : Il y a 2l+1 valeurs de m (2l+1 orbitales).

Chaque orbitale atomique est donc caractérisée par une combinaison des trois nombres quantiques n, l et m.

Dans la notation spectroscopique, à chaque valeur de l, on lui fait correspondre une fonction d'onde que l'on désigne par une lettre :

  • Si l = 0, on dit qu'on a l'orbitale s

  • Si l = 1 → orbitale p

  • Si l = 2 → orbitale d

  • Si l = 3 → orbitale f

  1. Introduction du nombre quantique de spin

Pour décrire totalement l'électron d'un atome, il faut lui attribuer un quatrième nombre quantique (noté s ou ms) lié à la rotation autour de lui-même. Ce nombre ne peut prendre que deux valeurs : S = 1/2 (↑) ou S = -1/2 (↓)

D'une façon générale, pour une couche n donnée, on aura n sous-couches, n2 orbitales et 2n2 électrons au maximum.

10.2. Structure électronique.

10.2.1. Règle de remplissage

Les électrons vont remplir les orbitales en se plaçant dans les niveaux de moindre énergie.

10.2.1.1. Règle de KLECHKOWSKY

Le remplissage des couches et sous-couches s'effectue selon les (n+l) croissant, et si (n+l) est identique, selon n croissant.

10.2.1.2. Loi de HUND

Lorsqu'une sous-couche est incomplètement remplie, les électrons s'arrangent de telle sorte que le maximum d'entre eux aient des spins parallèles (nombre de spin maximum).

10.2.1.3. Principe d'exclusion de PAULI

Dans un atome, deux électrons ne peuvent pas avoir leurs 4 nombres quantiques identiques.

10.2.2. Schéma de LEWIS

Les propriétés chimiques d'un atome dépendent de sa couche électronique externe (couche de valence). Le schéma de LEWIS d'un atome représente cette couche électronique:



10.2.3. Règle de l'octet

Règle empirique selon laquelle, dans une molécule organique, chaque atome doit etre entouré de 8 électrons (en LEWIS). Cette règle est souvent prise en défaut. D'une facon plus générale, les atomes ont tendance à acquérir la structure électronique du gaz rare le plus proche en fixant ou cédant des électrons.



Sachez qu'il existe des exceptions à la règle de l'octet.

Certains atomes peuvent posséder PLUS de 8 électrons sur leur couche périphérique et d'autres atomes MOINS de 8 électrons.

11. Tableau périodique des éléments.

Le tableau comporte :

  • 7 lignes appelées les 7 périodes.

  • 18 colonnes appelées les familles et désignées de gauche à droite par un numéro de 1 à 18 ou par des chiffres romains suivis du symbole a ou b. La lettre b se réfère aux groupes des éléments de transition (éléments du centre du tableau).

  • 103 éléments dont 90 naturels et 13 créés artificiellement, définis principalement par le symbole, le numéro atomique (Z) et la masse atomique de l'élément.

11.1. Les métaux

Les 103 éléments du tableau périodique sont classés en 3 catégories (métaux, métalloïdes et non métaux) selon leurs propriétés mais la plupart des éléments chimiques sont des métaux.

Non-métal

Les éléments non-métalliques sont des éléments qui ont un aspect terne (sans éclat), ne sont pas conducteurs de chaleur et d'électricité sont fréquemment des gaz ou des liquides.

Métalloïdes

Nom désignant des éléments intermédiaires entre les métaux et les gaz rares.
Les métalloïdes sont difficiles à classer comme métal ou non-métal, ils sont à la frontière (ligne en escalier) qui sépare les métaux des non-métaux. Ils ressemblent aux non-métaux par certaines propriétés mais sont de faibles conducteurs d'électricité (semi-conducteur). Métalloïde signifie qui ressemble aux métaux.

  1   2   3

similaire:

Z est appelé numéro atomique ou nombre de charge, IL désigne le nombre de protons (c’est aussi le nombre d\Il est classique de commencer une conférence sur les «terres rares»...
«terres rares» forment un groupe de 17 éléments de la classification périodique (soit 1/6 du total ). IL s’agit des éléments suivants...

Z est appelé numéro atomique ou nombre de charge, IL désigne le nombre de protons (c’est aussi le nombre d\L’intensité de ce courant est proportionnelle à l'éclairement. D...
«charge», une ampoule, par exemple. Plus le nombre de photons absorbés est important, plus le nombre d’électrons libérés et donc...

Z est appelé numéro atomique ou nombre de charge, IL désigne le nombre de protons (c’est aussi le nombre d\Atome est entouré d’un nombre de points égal au nombre d’électrons de valence. Exemples

Z est appelé numéro atomique ou nombre de charge, IL désigne le nombre de protons (c’est aussi le nombre d\I utilisation du logiciel «Nucléaire 1-37»
«rayonnements ionisants» particules et  en provenance de la source. On considère que le nombre d’impulsions comptées est proportionnel...

Z est appelé numéro atomique ou nombre de charge, IL désigne le nombre de protons (c’est aussi le nombre d\Etat civil et nombre de personnes à charge marié, 4

Z est appelé numéro atomique ou nombre de charge, IL désigne le nombre de protons (c’est aussi le nombre d\Pour déterminer le plus petit entier a tel que P(X £ a) > k (où k...

Z est appelé numéro atomique ou nombre de charge, IL désigne le nombre de protons (c’est aussi le nombre d\Ce modèle est basé sur l'existence du noyau dans lequel est pratiquement...

Z est appelé numéro atomique ou nombre de charge, IL désigne le nombre de protons (c’est aussi le nombre d\Plus le nombre de liaisons d’une molécule est grand, plus son énergie de liaison est importante

Z est appelé numéro atomique ou nombre de charge, IL désigne le nombre de protons (c’est aussi le nombre d\Nombre-Sens du nombre et des opérations 25%

Z est appelé numéro atomique ou nombre de charge, IL désigne le nombre de protons (c’est aussi le nombre d\Le noyau comporte 24 nucléons, 12 protons et 24-12 =12 neutrons








Tous droits réservés. Copyright © 2016
contacts
c.21-bal.com