Comment est constituée la matière ?








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date de publication21.04.2017
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Chapitre 1 Les atomes et les ions

Chimie 3ème











Page 1 sur 4

DE L’ANTIQUITÉ À NOS JOURS :

COMMENT EST CONSTITUÉE LA MATIÈRE ?


But du chapitre,

Savoir que :

La matière a une structure lacunaire.

L’atome est constitué d’un noyau et d’électrons.

Les atomes et les molécules sont électriquement neutres.

L’électron et les ions sont chargés électriquement.

Être capable de :

Extraire d’un document les informations relatives aux dimensions de l’atome et du noyau.





  1. L’ATOME : UN MODÈLE POUR COMPRENDRE LA CHIMIE.


Activité documentaire : lire le texte et répondre aux questions au crayon de papier.

Dès 420 avant JC, Démocrite (philosophe grec) a l’intuition de l’existence des atomes et invente leur nom (« atomos » en grec qui signifie insécable).Aristote (philosophe grec) conteste cette existence et son prestige est tel qu’il faut attendre le début du XIXème siècle pour que cette idée reprenne vie.

  • En 1805, John Dalton annonce au monde l’existence des atomes.

  • En 1881, J. J.Thomson découvre l’un des composants de l’atome. Il s’agit de particules élémentaires négatives appelées en 1891 électrons.

  • Au début du XXème siècle, l’ambition des physiciens est de proposer un modèle de l’atome en précisant la répartition de la charge électrique à l’intérieur de celui-ci.

  • En 1904, Thomson partant de l’idée que l’atome est électriquement neutre, pense qu’il doit contenir des charges positives qui doivent compenser les charges négatives des électrons. Il suppose que la charge positive est répartie dans un petit volume (qui peut avoir la forme d’une sphère) et qu’elle est parsemée d’électrons (pudding de Thomson).

  • En 1910 Rutherford bombarde différents échantillons de matière (cuivre, or, argent) avec des particules et il déduit de son expérience que la charge positive doit occuper un tout petit volume qu’il appelle " noyau ". Après " un petit calcul " il trouve que la majorité de la masse de l’atome est concentrée dans un noyau minuscule. Les dimensions du noyau sont de l’ordre de 10-15m (100 000 fois moins que les dimensions de l’atome) et sa charge totale est un multiple entier de la charge de l’électron (au signe près).

  • Rutherford pense alors au modèle planétaire pour décrire un atome. En effet la masse du système solaire est essentiellement concentrée dans le Soleil tout comme celle de l’atome est concentrée dans le noyau. Il propose donc comme modèle un tout petit noyau chargé positivement et comportant l’essentiel de la masse de l’atome, autour duquel les électrons décrivent des orbites.
    Depuis, d’autres modèles plus complexes ont permis d’expliquer de nombreux autres phénomènes. Le modèle actuel de l’atome est l’aboutissement d’une longue histoire au cours de laquelle les représentations qu’on s’en fait ont profondément évolué. Nous retiendrons pour la classe de troisième un modèle simple constitué d’un noyau autour duquel gravitent des électrons qui forment un nuage électronique.


Il est nécessaire d’élaborer un modèle pour pouvoir expliquer différents phénomènes et en prévoir les conséquences. Celles-ci, soumises à l’expérience, permettent de valider le modèle, de l’améliorer ou de le rejeter. Cependant, il n’est pas toujours nécessaire d’utiliser le modèle le plus complexe pour expliquer de façon simple un certain nombre d’observations. Il suffit de bien en connaître les limites.

Texte construit à partir de Sciences et Avenir de décembre 1994, Sciences et Vie Junior d’octobre 1998,
Electrons et Atomes (Thèmes Vuibert) et des documents d’accompagnement.

  1. COMMENT LE MODÈLE ATOMIQUE A-T-IL EVOLUÉ ?

  1. Parmi les différents savants qui ont participé à l’élaboration du modèle atomique, relever ceux qui sont cités dans le texte depuis le début du XIXème siècle.


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  1. Le modèle de J. J. Thomson.



  • Quel est le constituant de l’atome découvert par J. J. Thomson ?

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  • Cette particule porte-t-elle une charge ? Laquelle ?

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  • Quel est le modèle proposé par J. J. Thomson ?

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  1. Le modèle de Rutherford.

  • Que déduit Rutherford de son expérience ?

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  • Que trouve-t-il après « un petit calcul » concernant :



  • La masse de l’atome comparée à celle du noyau ?

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  • Les dimensions de l’atome comparées à celle du noyau ?

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  • Le nombre de particules positives du noyau par rapport au nombre d’électrons ?

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  • Pourquoi peut-on dire que la matière est constituée essentiellement de vide ?

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  • Quel est le modèle proposé par Rutherford ?

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  1. Quel modèle allons-nous retenir ?

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  1. Pourquoi le modèle de Rutherford est-il inexact ?

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  1. MODELE DE L’ATOME :

A retenir

Propriété

Conséquence

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LES IONS

  1. NOTION D’ESPECES ELECTRIQUEMENT CHARGEES :

Activité documentaire :


Analyse

mg/L

Analyse

mg/L

Na+

8

Cl-

14

K+

2,3

SO42-

220

Ca2+

165

NO3-

< 2

Mg2+

36

HCO3-

393


L’étiquette d’une eau minérale indique la présence d’espèces électriquement chargées, ces espèces sont appelées des ions, ces ions sont formés à partir d’atomes ou groupes d’atomes. Lorsque la formule chimique d’une espèce contient le signe « + », il est chargé positivement et est appelé cation ; lorsque la formule contient un signe « - », l’ion est chargé négativement et est appelé anion.

  1. Identifiez sur l’étiquette, les espèces chargées positivement et celles chargées négativement.



Anion

Formule













Nom













Cation

Formule













Nom
















  1. Indiquez les espèces qui sont formées à partir d’un atome (les ions monoatomiques) et celles qui sont formées à partir d’un groupe d’atomes (les ions polyatomiques).

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  1. Conclusion sur les types d’ions :

DEFINITIONS

A SAVOIR

Les ions : …………………………………………………………………………………………………………...

Les anions : ………………………………………………………………………………………………………...

Les cations : ………………………………………………………………………………………………………..

Les ions monoatomiques : ………………………………………………………………………………………...

Les ions polyatomiques : ………………………………………………………………………………………….

  1. FORMATION DES IONS :

La formation d’un ion résulte de la variation du nombre d’électron de l’atome ou du groupement d’atomes correspondant.

Si perte d’un (ou plusieurs électrons)  l’ion possède plus de charges ……… que de charges ………  c’est un …………… .

Si gain d’un (ou plusieurs électrons)  l’ion possède plus de charges ……… que de charges ………  c’est un …………… .
CONCLUSIONS SUR LA FORMATION DES IONS

A SAVOIR
Un cation est un atome (ou un groupe d’atome) qui a …………… un ou plusieurs électrons.

Un anion est un atome (ou un groupe d’atome) qui a …………… un ou plusieurs électrons.
Exemples :


Ion

Nom

Charge

Type d’ion

Formation

Zn2+













SO42-













Cl-


















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EXERCICES

Les atomes et les ions
Exercice 1.

Lorsqu’on laisse du sulfate de fer II (contient des ions Fe2+) dans une coupelle, sa couleur verte évolue vers la couleur rouille ; il se transforme en sulfate de fer III. Le sulfate de fer III contient des ions Fe3+. Un atome de fer possède 26 électrons.

Remplir le tableau suivant :


Nom

Atome de fer

Ion fer II

Ion fer III

Formule










Nombre d’électrons










Nombre de charges positives dans le noyau










Charge électrique globale











Exercice 2.

Le sel de table est aussi appelé chlorure de sodium. Il est formé par l’association de deux ions : l’ion chlorure Cl- et l’ion sodium Na+.

  1. L’atome de chlore possède 17 électrons ; combien en possède l’ion chlorure ?

  2. Combien de charges positives porte le noyau de l’atome de chlore ?

  3. Qu’en est-il du noyau de l’ion chlorure ?

  4. Répondre aux questions 1, 2 et 3 pour le sodium, sachant que l’atome de sodium possède 11 électrons.


Exercice 3 :

Le noyau de l’ion cobalt Co3+ porte 27 charges positives.

Déterminer :

  1. Le symbole de l’atome de cobalt.

  2. Le nombre de charges positives que porte le noyau de l’atome de cobalt.

  3. Le nombre d’électrons présents dans l’atome de cobalt.

  4. Le nombre d’électrons présents dans l’ion cobalt Co3+.

  5. Le nombre de charges positives que porte le noyau de l’ion cobalt Co2+, ainsi que le nombre d’électrons qui l’entourent.


Exercice 4 :

Remplir le tableau suivant :


Nombre de charges du noyau

Nombres d’électrons

Formule

Nom




26




Atome de fer

30




Zn2+




17




Cl-







0

H+

Ion hydrogène

28




Ni2+

Ion nickel




17

OH-

Ion hydroxyde


Entourer en bleu les anions, en vert les cations et souligner les ions polyatomiques
Exercice 5 :

La formule et le nom :

Un ion est constitué d’un atome d’hydrogène, d’un atome de carbone et de trois atomes d’oxygène, il possède un électron en excédent.

  1. Ecrire sa formule.

  2. Trouver son nom à l’aide de la charade suivante :

  • Mon premier est un animal mythologique combattu par Hercule.

  • Mon second est un liquide.

  • Mon troisième est un oiseau des bois.

  • Mon quatrième est un « non » étranger.

  • Mon cinquième transporte des passagers.

  • Mon sixième n’est pas laid.

  • Mon septième est une sorte de tresse.

  • Mon tout est un ion qui se trouve en grande quantité dans les eaux minérales.

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