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Structure de la matière Chimie C2D

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1. ae A D B TT ER G ja a A a a I EI 2 a a GI BI al D F H TA 6 1 HHH HE D ST 1 8 I ME H F mi RE SRRRE NANEN ESSOR SRRER ER LE IE D 6 G GTS FIRE i 1 CECIIETET SES G R TRNA F FE ET E IR ARAR ARE B O E ANR AA SO A E DE RARE FPS AR A TAXE a f O MH HH HHHH d e Ai Aa iat Ma H EEE 2 9 a En raison du mouvement de leurs particules les liquides et les gaz sont appel s des fluides Activit 2 CERE EEE CEEREECEREEE EEE 9 2me1odu9 temps min 11 12 10 tudes de plus en plus fortes ce qui se traduit par une augmentation de la temp rature du solide Lorsque la temp rature du solide atteint la temp rature de fusion par suite de l importance des vibrations des particules l difice solide s effondre c est dire augmenter l amplitude d oscillation des particules autour de leur position moyenne tandis que l nergie thermique fournie pendant la fusion est utilis e pour rompre les liens entre les particules L nergie thermique ou plus simplement la chaleur fournie avant la fusion sert chauffer le solide il en r sulte que la temp rature reste constante Pendant le chauffage du solide les particules oscillent autour de leur position moyenne avec des ampli Interpr tation de la fusion franche
2. Chimic CD 2 2 Contenu de la le on 2 2 1 Le on Qv elle se pr sente l tat solide liquide ou gazeux la mati re est divisible Prenons un exemple Mettons une goutte d encre dans un peu d eau l ensemble se colore La mati re color e de l encre s est donc divis e et s est r partie dans tout le volume Prenons la moiti de la solution color e ajoutons y le m me volume d eau l ensemble est encore color La mati re color e de l encre s est donc encore divis e pour se r partir dans un plus grand volume Continuons le jeu L intensit de la couleur s att nue mais est toujours perceptible si pas pour notre il du moins pour un appareil plus sensible La mati re est donc divisible Cependant cette divisibilit est limit e Cette limite est atteinte lorsque aucune op ration chimique ne peut plus s parer les particules Toute portion de mati re est constitu e de particules ultimes tr s nombreuses et extr mement petites appel es atomes mol cules ou ions E Atomes L atome est la plus petite entit de mati re qui se conserve au cours d un ph nom ne chimique Le mot atome est d j utilis dans la Gr ce antique Il signifie qui ne peut tre coup indivisible En r alit l heure actuelle on sait qu il existe l int rieur de l atome des particules encore beaucoup plus petites C Structure de l atome noA roton L atome est constitu
3. Le on 1 tats de la mati re Le on 2 Atomes mol cules ions masses atomique mol culaire et molaire Mod les atomiques Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie C2D 1 5 Pr requis de la s rie Afin de pouvoir suivre sans difficult ce cours de chimie il est indispensable de poss der certaines no tions math matiques cette fin nous vous invitons r soudre les questions ci dessous et y r pondre en cochant les bonnes r ponses E Test d autocontr le 1 La valeur 0 0003 peut se mettre sous la forme a 3 10 b 3 10 c 3 102 d 3 104 15 mm m a 1 5 10 b 15 10 c 1 5 10 d 1 5 105 0 3 mm m a 3 10 b 3 107 310 d 3 10 0 0145 kg g a 1 45 b 14 5 c 145 d 1450 0 001 g kg a 10 Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D D b Si a 8 et b 4 la valeur de c dans l galit a est a 1 2 b 2 c 4 d 32 E Corrig comment du test d autocontr le 1 La r ponse correcte est la r ponse b 0 0003 3 10 En effet si nous observons les diff rentes r ponses a 3 10 0 003 c 3 10 0 03 d 3 10 30 000 La r ponse correcte est la r ponse d Il y a 1 000 000 de mm dans 1 m autrement dit 1 mm 10 m 15 mm 0 000 015 m 1 5 10 m La r ponse correcte est la r ponse d
4. 0 3 mm 0 0003 m car il y a 1000 mm dans 1 m tre 0 0003 m 3 10 m La r ponse correcte est la r ponse b 1 kg 1000 g donc 0 0145 kg 14 5 g La r ponse correcte est la r ponse a 1 g 1 milli me de kilogramme soit 10 kg 1 milli me de gramme 1 millioni me de kg donc 0 001 g 10 kg La r ponse correcte est la r ponse c 1 dm est un milli me de m tre cube soit 0 001 m La r ponse correcte est la r ponse a Pour calculer c vous pouvez crire cette fraction sous la forme c b c 4_1 8 2 Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie C2D 2 D veloppement des le ons Le on 1 tats de la mati re 2 1 Introduction 2 1 1 Motivation La mati re se pr sente sous trois tats physiques l tat solide l tat liquide et l tat gazeux Nous vous montrerons dans cette le on que les propri t s particuli res chaque tat physique r sultent de la mani re dont les particules sont dispos es et se comportent Ces propri t s particuli res ont une telle influence sur le comportement de la mati re que nous serons amen s dans les prochaines s ries pr ciser dans quel tat la mati re se trouve lors du ph nom ne tudi 2 1 2 Objectifs de la le on Au terme de cette le on vous devrez tre capable de reconna tre les propri t s des diff rents tats de la mati re et d utiliser le terme propre chaque transfo
5. Depuis 1920 environ la mesure de la masse atomique relative est r alis e l aide d un spectrom tre de masse Cet appareil peut tre assimil un long tube sous vide dans lequel un grand nombre d atomes sont projet s longitudinalement suivant l axe central S ils ne sont pas soumis une force transversale ils s crasent au centre d un d tecteur par exemple une plaque photographique qui se trouve au fond du tube et ce quelle que soit leur masse Si par contre ces atomes sont d vi s de leur trajectoire initiale par une force transversale ils s crasent sur la plaque en des endroits distincts leur point d impact visualis par une tache noir tre est d autant plus loign du centre de la cible que leur masse est petite La distance d impact est inversement proportionnelle la masse des atomes plus la masse de l atome est grande plus la distance d impact est petite pour plus de d tails voir l annexe de cette s rie Qu elle soit effectu e par la m thode de comparaison des volumes gazeux ou par la spectrom trie de masse la mesure de la masse des atomes aboutit une masse relative puisque la masse est compar e une masse talon Quand on dit par exemple que la masse atomique relative de l azote est 14 cela signifie que l atome d azote est 14 fois plus lourd que le douzi me de la masse d un atome de carbone 12 Puisque 14 est un nombre obtenu par comparaison il n a pas
6. ce qu il devienne insatisfaisant Le mod le tabli par Rutherford 1911 a t compl t par Chadwick apr s la d couverte du neutron 1932 Il s nonce de la mani re suivante n 3 lectrons Suivant ce mod le l atome de lithium 7 peut tre 3 protons sch matis comme ceci 4 neutrons Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 52 Chine D Z Activit 1 corrig au point 2 2 2 page 56 D terminez la composition d un atome de phosphore 31 et donnez son symbole Nombre d lectrons Nombre de nucl ons Nombre de protons Nombre de neutrons E Mod le atomique de Bohr O Limites du mod le de Rutherford Chadwick Si le mod le atomique sugg r par Rutherford et Chadwick permet de rendre compte de nombreux ph nom nes il ne permet cependant pas d expliquer certains faits exp rimentaux entre autres l mission particuli re de lumi re par des m taux chauff s En effet pour d couvrir la nature chimique d une substance les chimistes la passent souvent la flamme car la couleur de la flamme donne en g n ral une indication int ressante Vous connaissez certainement les lampes jaunes au sodium qui clairent nos autoroutes Activit 2 corrig au point 2 2 2 page 56 Pour v rifier ce ph nom ne nous vous proposons une petite exp rience Rassemblez le mat riel d crit au p
7. tat solide r versibles donc pression constante la Vaporisation tat liquide tat gazeux vapeur temp rature de solidification est gale Liqu faction tat gazeux tat liquide la temp rature de fusion et de m me la Sublimation tat solide tat gazeux temp rature de liqu faction est gale la Condensation tat gazeux tat solide temp rature d bullition Dissolution Une solution est le m lange obtenu apr s dissolution d un solut dans un solvant La concentration d une solution est la quantit de solut dissoute dans un litre de solution Une solution est satur e lorsqu une quantit ajout e de solut ne peut plus s y dissoudre La cristallisation est un ph nom ne physique qui a lieu partir d une solution satur e Composition de la mati re L atome est la plus petite entit de mati re qui se conserve au cours d un ph nom ne chimique L atome est constitu d un noyau form de protons porteurs d une charge positive et de neutrons lectriquement neutres d un nuage lectronique form d lectrons porteurs d une charge n gative gravitant tr s grande distance autour du noyau L atome contient autant de protons que d lectrons il est lectriquement neutre La masse des lectrons tant n gligeable devant la masse des protons et des neutrons la masse de l atome est essentiellement concentr e dans le noyau
8. 1 proton 0 neutron 1 lectron m x 1 673 10 7 kg 1 x 9 109 10 kg 1 674 10 kg Si l on n glige la masse de l lectron masse d 1 atome d hydrog ne H 1 673 10 27 kg b Calculons la masse d un atome de l isotope O de l l ment oxyg ne partir de la masse de chacun de ses constituants 8 protons 8 neutrons 8 lectrons m 8 x 1 673 10 7 kg 8 x 1 675 10 7 kg 8 x 9 109 10 kg 2 679 10 kg Si l on n glige la masse des lectrons masse d 1 atome d oxyg ne O 2 678 10 kg Dans chacun de ces exemples n gliger la masse des lectrons n aurait que peu diminu les valeurs cal cul es 1 673 10 77 kg et 2 678 10 kg au lieu de 1 674 10 kg et 2 679 10 kg La masse des lectrons du nuage p riph rique est n gligeable devant la masse du noyau Les masses r elles des atomes peuvent tre mesur es par spectrom trie de masse La valeur observ e pour l atome de l isotope 0 est de 2 656 10 2 kg donc inf rieure la valeur calcul e m me en n gligeant la masse des lectrons Cette l g re diff rence correspond l quivalent en masse de l ner gie lib r e lors de la formation de cet isotope au d part de particules l mentaires relation d Einstein E mc o c est la vitesse de la lumi re Nous avons exprim les grandeurs num riques fondamentales en utilisant la notation scientifique habituelle Chaque grandeur est caract ris e par le produit d
9. Communaut fran aise de Belgique Module 406 ENSEIGNEMENT DISTANCE S rie 2 de 12 Chimie C2D Enseignement secondaire de transition 2 degr Structure de la mati re Mai 2008 Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D Table des mati res 1 Pr sentation de la s rie 1 1 Motivation 1 2 Objectifs de la s rie 1 3 Place de la s rie dans le module 1 4 Plan de la s rie 1 5 Pr requis de la s rie 2 D veloppement des le ons Le on 1 tats de la mati re 2 1 Introduction 2 1 1 Motivation 2 1 2 Objectifs de la le on 2 1 3 Plan de la le on 2 1 4 Pr requis de la le on 2 1 5 Activit s 2 1 6 Mat riel 2 2 Contenu de la le on 2 2 1 Le on E Propri t s g n rales des tats de la mati re O tat solide O tat liquide O tat gazeux E Changements d tat O La fusion et la solidification O La fusion et la solidification franches O La vaporisation et la liqu faction O La sublimation et la condensation E Autres transformations physiques O La dissolution et la cristallisation 2 2 2 Corrig des activit s 2 3 Synth se de la le on 2 4 valuation de la le on 2 4 1 Test d autocontr le 2 4 2 Corrig comment du T A C Le on 2 Atomes mol cules ions masses atomique mol culaire et molaire 2 1 Introduction 2 1 1 Motivation 2 1 2 Objectifs de la le on 2 1 3 Plan de la le on 2 1 4 Pr requis de la le on 2 1 5 Activit s
10. OH les diff rents atomes sont donn s dans l ordre d criture C H O est la formule du sucre de betterave saccharose 12722 11 Cela signifie qu une mol cule de saccharose est form e de so sonses0esn atomes de carbone D de atomes d hydrog ne atomes d oxyg ne La masse mol culaire du saccharose vaut 0s0se0ssse La masse molaire du saccharose est de La masse mol culaire relative du saccharose est de 0000sn00s0e00 8 Compl tez les tableaux suivants CAN 27 A 137 j Br D o oni S 18 proton n a E P 1 saet nuage lectronique Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D Gar o e 110 184 c OS o a OO O oa 60 9 Calculez la masse atomique du chrome sachant que le chrome naturel est un m lange de quatre isotopes dont les masses et les abondances naturelles sont les suivantes Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie C2D 2 4 2 Corrig comment du T A C 1 5 6 La proposition correcte est la proposition b Les symboles chimiques sont constitu s de deux lettres au maximum la premi re lettre est une ma juscule et la seconde lettre si elle existe doit tre une minuscule La proposition a est fausse car ag est constitu de 2 minuscules On a
11. Une mol cule de saccharose est form e de 12 atomes de carbone 22 atomes d hydrog ne et 11 ato mes d oxyg ne Masse mol culaire m 12 x 12 011 22 x 1 008 11 x 15 999 342 297 342 3 u Masse molaire M 342 3 g mol Masse mol culaire relative M 342 3 Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 06 Chine CD K 19 19 Cu 29 27 Al 13 10 Br 35 36 S7 16 18 Un atome est neutre Dans un atome le nombre de protons est gal au nombre d lectrons Un ion contient un nombre d lectrons diff rent plus petit ou plus grand que l atome correspondant Il est positif s il y a eu perte d lectron s Il est n gatif s il y a eu gain d lectron s proton 1 1 noyau neutron 0 1 noyau lectron 1 n gligeable 0 nuage lectronique a STi 22 26 48 b Di 74 110 184 c Co 27 33 60 a Le nombre de neutrons est gal au nombre de masse moins le nombre atomique 4 Z c est dire 48 22 26 neutrons L l ment de nombre atomique 22 est le titane de sorte que le symbole de cet isotope est Ti On l appelle le titane 48 b Le nombre de protons est gal au nombre de masse moins le nombre de neutrons c est dire 184 110 74 protons L l ment de nombre atomique 74 est le tungst ne de sorte que le sym bole de cet isotope est W c Le symbole indiqu est celui du cobalt Le nombre atomique de l l ment co
12. Vous trouverez la correction de ces activit s en 2 2 2 avant la synth se de la le on 2 1 6 Mat riel Lorsque vous devrez r aliser une exp rience nous l indiquerons par le logo Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Ee Chine D 2 2 Contenu de la le on 2 2 1 Le on Depuis l Antiquit nous savons que la mati re est constitu e de corpuscules que certains auteurs ont traduits par petits grains de mati re et d autres par particules Dans cette premi re le on nous uti liserons la d nomination particules Dans les le ons suivantes nous verrons que ces grains de mati re ou particules ont un nom pr cis atome mol cule ion Selon l agencement des particules la mati re se pr sente sous diff rents tats Lorsque nous mangeons un biscuit buvons un verre d eau ou aspirons une bouff e d air nous savons que nous mangeons un solide buvons un liquide et aspirons un gaz Examinons de plus pr s ces trois tats E Propri t s g n rales des tats de la mati re O tat solide Pla ons une tige de fer debout couch e inclin e Frappons la avec un marteau essayons de la plier de la d former sa forme change difficilement son volume ne change pas La tige ne casse pas lorsqu on la tient par une extr mit les particules constitutives de la tige ont beaucoup de coh sion entre elles Nous pouvons dire que les solides
13. de P deux parties le noyau le nuage lectronique lt neutron lectron Le noyau constitue la partie centrale de l atome Le noyau tr s dense est form d un ensemble compact de protons particules charg es positivement par convention la charge lectrique d un proton est 1 on le note p et de neutrons particules neutres non charg es d lectricit not es n et de masse comparable celle des protons Protons et neutrons pr sents dans le noyau nucleus en latin sont appel s nucl ons Le nuage lectronique est constitu de particules qui portent une charge lectrique n gative exacte ment gale en valeur absolue celle du proton on la note e Les lectrons gravitent autour du noyau mais de grandes distances de celui ci le diam tre du noyau est environ 10 000 fois plus petit que celui de l atome Attention la figure propos e n est pas P chelle Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D Ga O Dimension des atomes L atome est tr s petit Il peut tre grossi rement assimil une sph re dont le diam tre varie entre 0 06 nm pour les plus petits comme l hydrog ne et 0 5 nm pour les plus gros comme par exemple le c sium C Nombre ou num ro atomique Z L atome est lectriquement neutre Cela signifie qu il poss de autant de charges positives p que de charges n gatives e Il
14. lectrons c le nombre de protons et le nombre de neutrons 4 Un ion H a une structure lectronique identique un a lectron b proton c neutron Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D Parmi les 4 l ments dont on donne la r partition des lectrons en couches l l ment Ca est aK 2 L 8 M 4 b K 2 L 8 M 8 N 1 c K 2 L 8 M 8 N 2 La liqu faction est a le passage de l tat liquide l tat gazeux b le passage de l tat solide l tat liquide c le passage de l tat gazeux l tat liquide On souhaite obtenir une solution aqueuse de chlorure de sodium de concentration gale 0 1 mol l La quantit de NaCl dissoudre dans 1 litre d eau est a 2g b 5 84 g c 5 84 kg L tat de la mati re caract ris par une grande coh sion est l tat a solide b liquide C gazeux L tat de la mati re n ayant pas de volume d termin est l tat a solide b liquide C gazeux 10 Dans un graphique de changement d tat le palier de temp rature signifie que a la temp rature reste constante pendant le changement d tat b le temps reste constant pendant le changement d tat c la phase de transition est tr s stable Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie C2D 4 2 Corrig comment du T A C 1 La proposition correcte
15. o Le a CIDIOIE u a e Le fs e A al 2 a o Le a N W EN un Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Cette feuille vous est r serv e Vous pouvez y inscrire vos remarques suggestions questions critiques 406 Chimie C2D Gr Annexe E Masse atomique relative et spectrom trie de masse Depuis 1920 environ la mesure de la masse atomique relative est r alis e l aide d un spectrom tre de masse Cet appareil peut tre assimil un long tube sous vide dans lequel un grand nombre d atomes sont projet s longitudinalement suivant l axe central S ils ne sont pas soumis une force transversale ils s crasent au centre d un d tecteur par exemple une plaque photographique qui se trouve au fond du tube et ce quelle que soit leur masse Si ces atomes sont d vi s de leur trajectoire initiale par une force transversale ils s crasent sur la plaque en des endroits distincts leur point d impact visualis par une tache noir tre est d autant plus loign du centre de la cible que leur masse est petite forces transversales centre de la plaque d trajectoire des atomes distances d impact points d impact La distance d impact est inversement proportionnelle la masse des atomes plus la masse de l atome est grande plus la distance d impact est petite Pour M gt m alors
16. un nombre d cimal et d un nombre expo nentiel Par convention nous utiliserons pour ces valeurs criture du nombre d cimal avant la virgule un chiffre de 1 9 apr s la virgule trois chiffres de 0 9 criture du nombre exponentiel puissance de 10 affect e d un nombre entier positif ou n gatif Dans les calculs que nous effectuerons nous accepterons ce mode d expression en vitant la manipula tion de d cimales plus nombreuses que nous liminerons de mani re logique Ainsi 1 4789 devient 1 479 et 1 4782 devient 1 478 Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie CD Activit 7 corrig au point 2 2 2 page 42 Calculez la masse d un atome de l isotope C de l l ment carbone partir de la masse de chacun de ses constituants L unit de masse atomique Comme on vient de le voir les masses des atomes sont tr s petites et le kg est une unit peu appropri e pour les exprimer Une autre unit a t choisie conventionnellement mieux adapt e la grandeur de ce qui doit tre mesur C est l unit de masse atomique u Par d finition La valeur num rique de la masse atomique m exprim e en unit de masse atomique se calcule de la mani re suivante 1 673107 1 661 10 2 656 10 1 661 10 7 1 007 u m de 0 m de l hydrog ne 1H 15 999 u Rappelons que la plupart des l ments renferment un m l
17. La valence En tudiant la s rie 3 vous d couvrirez quelles sortes d atomes gagnent ou perdent des lectrons A ce stade du cours nous appellerons valence la charge de l ion La valence est indiqu e en chiffres romains Cations Anions ion charge valence ion charge valence Nat 1 I Cr 1 I Ca 2 Il S gt 2 Il Al 3 MI Les ions polyatomiques sont galement porteurs de charge s positive s ou n gative s ion charge valence OH 1 I SO 2 Il NH 1 I Activit 6 corrig au point 2 2 2 page 41 En consid rant les ions suivants et leurs charges respectives quelles formules de mol cules assemblages neutres pouvez vous crire Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D ss E Masses atomique mol culaire et molaire L Masse atomique ou masse d un atome La masse d un atome est tr s petite La masse de l lectron est de 9 109 10 kg La masse du proton est de 1 673 10 kg La masse du neutron est de 1 675 10 kg Vous voyez que la masse du proton est environ 2000 fois plus grande que celle de l lectron De ce fait la masse de l lectron devient n gligeable devant la masse du proton et du neutron On admet que la masse de l atome est essentiellement concentr e dans le noyau Exemples a Calculons la masse d un atome de l isotope H de l l ment hydrog ne partir de la masse de chacun de ses constituants
18. ne nous constatons que ces corps passent brusquement de l tat solide l tat liquide des temp ratures nette ment distinctes Toutes les liaisons entre particules sont rompues la m me temp rature Il s agit dans ce cas de la fusion franche la fusion p teuse la fusion de certains corps cire verre fer est progressive Au cours de l l vation de temp rature ces corps passent par toute une s rie d tats interm diaires entre l tat solide et l tat liquide ces tats interm diaires sont appel s tats p teux Les liaisons entre particules varient de l une l autre les plus faibles sont rompues les premi res les plus fortes les derni res au fur et mesure que la temp rature cro t Ces corps subissent la fusion p teuse laquelle on doit de pouvoir forger le fer tirer et souffler le verre modeler la cire Certains corps ne subissent pas de fusion lorsqu ils sont soumis une augmentation de temp rature C est le cas notamment du sucre du bois de la craie Ces corps se d composent en produits gazeux laissant ventuellement un r sidu carbon Ils n atteignent pas l tat liquide Ce ph nom ne est tout simplement appel d composition Constituant principal d une vari t de boules antimites appel commun ment naphtaline Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie C2D O La fusion et la solidification
19. nombre atomique Z 3 Li nombre de protons Z 3 nombre d lectrons 3 masse atomique relative gt 6 939 Si l on sait en plus que les isotopes du lithium sont le lithium 6 et le lithium 7 leurs nombres de masse sont respectivement 6 et 7 et on peut d terminer le nombre de nucl ons des deux isotopes 4 6 et 7 le nombre de neutrons des deux isotopes 4 7Z 6 3 3et4 7Z 7 3 A4 Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D 2 1 5 Mat riel Une exp rience vous sera propos e pour v rifier un ph nom ne Voici le mat riel rassembler un r chaud alcool ou un camping gaz A un ramequin ou un petit saladier rempli d eau un morceau de fil de fer un trombone d pli un morceau de fil de cuivre fil lectrique d nud une pince du sel de cuisine 2 2 Contenu de la le on 2 2 1 Le on E Mod le atomique de Rutherford Chadwick Un mod le scientifique est l image que les scientifiques se font de quelque chose qu ils ne peuvent voir directement et qu ils laborent partir d observations indirectes et d hypoth ses v rifi es Quand un mod le scientifique ne permet plus de rendre compte des observations faites les scientifiques laborent d autres mod les La mise l preuve de ceux ci aboutit l mergence de l un d entre eux qui est alors retenu par la communaut scientifique jusqu
20. ont une forme propre ce qui nous permet de les dessiner sont rigides ce qui nous permet de les saisir ont un volume pratiquement constant moins que l on exerce un effort important on dit qu ils sont incompressibles ont une grande coh sion Interpr tons ces ph nom nes Dans un solide les particules constitutives sont empil es selon des positions fixes dispos es parfois suivant un ordre g om trique d fini auquel on donne le nom de cristal OCR H Chaque particule est maintenue en place par les forces d attraction ou de r pulsion g n r es par ses voisines Ces forces sont de nature tn lectrique et font du solide un bloc coh rent Pour s parer les particules constitutives d un solide il faut vaincre les forces interparticulaires en exer ant des forces consid rables Pour couper un fil d acier de 1 mm de section il faut exercer une force de 2000 N Un orifice perc dans un solide ne permet pas l coulement par gravit du solide Cette description du comportement des particules permet d expliquer les observations pr c dentes Donc les solides ont une forme propre et une rigidit en raison de la disposition compacte et des attractions mutuelles des particules sont incompressibles en raison de l impossibilit de pouvoir rapprocher davantage les particules Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgiqu
21. 13 14 6C sC 6C d abondances respectives 98 90 1 10 lt lt 10 respectivement appel s carbone 12 carbone 13 carbone 14 Dans le cas de l l ment hydrog ne les trois isotopes ont t baptis s d un nom particulier 1H hydrog ne dit encore hydrog ne l ger H deut rium H tritium Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie C2D E Mol cules et ions O Mol cules Voici le sch ma d une mol cule d eau observez les atomes qui la constituent atome d oxyg ne lt atome d hydrog ne D atome d hydrog ne Le plus souvent les atomes s associent pour former des mol cules Une mol cule est un assemblage d atomes li s les uns aux autres Cet assemblage constitue un difice stable ayant une existence ind pendante Retenez bien cette d finition Une mol cule est une entit extr mement petite Ainsi une mol cule d eau a une taille de l ordre de 0 000 000 000 125 m ou 0 125 10 m ou 0 125 nm Aucun microscope optique ne permet de voir ces mol cules Des microscopes lectroniques sp ciaux permettent d agrandir les images 25 millions de fois et permettent de voir certaines grosses mol cules Comme les mol cules sont constitu es d atomes les chimistes les repr sentent par une formule qui indique a la nature des atomes qui la composent La formule sera form e d une suite de symboles Par exem
22. 2 2 Contenu de la le on 2 2 1 Le on E Atomes O Structure de l atome O Dimension des atomes O Nombre ou num ro atomique Z Dem DOIDNDDDA Un Un LR 24 24 24 24 24 25 26 26 26 26 27 27 O Isotopie Nombre de masse O Symboles chimiques E Mol cules et ions O Mol cules O Ions E Masses atomique mol culaire et molaire O Masse atomique ou masse d un atome O Masse d une mol cule O M thode de d termination de la masse atomique relative O Masse mol culaire relative M O La mole O Masse molaire M 2 2 2 Corrig des activit s 2 3 Synth se de la le on 2 4 valuation de la le on 2 4 1 Test d autocontr le 2 4 2 Corrig comment du T A C Le on 3 Mod les atomiques 2 1 Introduction 2 1 1 Motivation 2 1 2 Objectifs de la le on 2 1 3 Plan de la le on 2 1 4 Pr requis de la le on 2 1 5 Mat riel 2 2 Contenu de la le on 2 2 1 Le on E Mod le atomique de Rutherford Chadwick E Mod le atomique de Bohr O Limites du mod le de Rutherford Chadwick O Les niveaux d nergie des lectrons O R partition des lectrons des 20 premiers l ments 2 2 2 Corrig des activit s 2 3 Synth se de la le on 2 4 valuation de la le on 2 4 1 Test d autocontr le 2 4 2 Corrig comment du T A C 3 Synth se de la s rie 4 valuation de la s rie 4 1 Test d autocontr le 4 2 Corrig comment du T A C 4 3 Activit s compl mentaires 4 4 Corrig des activit s compl m
23. A Z 2 La proposition correcte est la proposition c En effet la temp rature reste constante pendant la dur e de la fusion c est dire pendant la coexistence de la phase solide et de la phase liquide La proposition d correspond un syst me constitu uniquement de glace une temp rature inf rieure 0 C et qui est d abord r chauff jusqu cette temp rature o la fusion commence D s l apparition de la premi re goutte d eau liquide la temp rature se stabilise 0 C et ce jusqu la disparition du dernier cristal de glace Enfin lorsque le syst me ne contient plus que de l eau liquide la temp rature recom mence augmenter 3 La proposition correcte est la proposition a Le nombre atomique du soufre est 16 L atome de soufre poss de donc 16 protons et 16 lectrons Si l atome S devient l ion S en gagnant 2 lectrons cet ion poss de 16 protons et 18 lectrons 4 La proposition correcte est la proposition c Ca gt Ca F 2 e atome calcium gt ion calcium 2 fois positif 2 e ce qui signifie que l atome Ca a perdu 2 lectrons et est devenu l ion Ca 5 La proposition correcte est la proposition d La masse mol culaire de l acide sulfureux H SO vaut 2 x 1 008 32 066 3 x 15 999 82 u La masse mol culaire s exprime en u c est dire en unit s de masse atomique 6 La proposition correcte est la proposition b 200 est le nombre
24. C 1 a 8 protons Z 8 oxyg ne b 12 lectrons Z 12 magn sium 2 Le nom des l ments poss dant la r partition lectronique suivante est a 2 8 8 Z 18 argon Ar b 2 8 8 2 Z 20 calcium Ca c 2 8 18 5 Z 33 arsenic AS 3 L atome de chlore symbole CI a le nombre atomique Z 17 Il est donc constitu de 17 lectrons r partis de la mani re suivante couche K n 1 2 lectrons couche L n 2 8 lectrons couche M n 3 c est la derni re couche pour le chlore on y trouvera les 7 lectrons restants 4 L iode I a le nombre atomique Z 53 ce qui indique que cet atome est constitu de 53 lectrons et 53 protons Le nombre de masse de l isotope employ pour la d tection des troubles de la glande thyro de est 123 Le noyau de cet isotope contient donc 4 Z 123 53 70 neutrons Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Eso Chine D 3 Synth se de la s rie Propri t s caract ristiques des trois tats de la mati re Solide Liquide Gaz Volume d termin Volume d termin Pas de volume d termin Forme propre Pas de forme propre Pas de forme propre Tr s faible compressibilit Tr s faible compressibilit Tr s grande compressibilit Grande coh sion Faible coh sion Aucune coh sion Changements d tat Fusion tat solide tat liquide Les transformations physiques sont Solidification tat liquide
25. Un exemple tr s connu de sublimation est la conversion du dioxyde de carbone solide en dioxyde de carbone gazeux CO s gt CO g Sous la pression atmosph rique normale 101325 Pa le CO ne devient pas liquide Sous cette pression on obtient du CO s appel glace carbonique neige carbonique ou encore carboglace Cette glace carbonique est alors une temp rature de 78 C et est employ e comme r frig rant usage unique Le CO peut tre obtenu l tat liquide en comprimant CO g 25 C il faut exercer une pression de plus de 6 8 10 Pa pour liqu fier le CO Un extincteur rempli de dioxyde de carbone contient du CO liquide sous une pression de pr s de 6 8 10 Pa 25 C Si on laisse chapper ce liquide sous la pression atmosph rique une partie se vaporise ce qui produit un refroidissement intense provoquant la solidification du CO qui continue s chapper Remarquons que les transforma bJ AY 2 tions physiques sont r versibles g NS T P Yo a d L S v La O c est dire que l on peut passer a R 2 E par exemple du solide au liquide S y gt a ne 2 2 es LA ou du liquide au solide Fa a A 5 Les changements d tat constituent 2 9 2 un cas particuli rement important Q S de transformations physiques Les transformations physiques se ront examin es en d tail dans la s rie 4 le on 3 relative aux ph no FUSION m nes physiques SOLIDIFICANON Enseig
26. c est dire que les liens entre les particules qui le constituent sont moins forts temp rature ext rieure gale l ther trouvera plus facilement l nergie suffisante pour passer l tat vapeur Mais pourquoi l bullition a t elle lieu une temp rature bien d termin e Nous savons par la physique que la vaporisation d un liquide dans un espace vide de volume limit est rapide mais n est pas infinie Lorsque l espace offert la vapeur d un liquide renferme la quantit maximale de vapeur qu il peut contenir dans les conditions de l exp rience le liquide ne se vaporise plus Cette vapeur exerce une pression sur son liquide g n rateur cette pression est appel e tension de vapeur Consid rons les deux liquides l ther et l eau Au dessus de ces liquides il y a de l air qui exerce une pression P habituellement la pression atmos ph rique Comme l ther est tr s volatil il engendre rapidement une vapeur qui exerce une pression Lorsque cette pression est gale la pression atmosph rique le liquide entre en bullition Ce ph no m ne a lieu 35 C L eau est nettement moins volatile que l ther sa tension de vapeur est beaucoup plus basse Il faudra donc lever la temp rature pour cr er une vapeur d eau dont la pression soit gale la pression atmosph rique et engendrer ainsi l bullition Ce ph nom ne a lieu 100 C Exemples d applications de la tension
27. chlore CI est compos de 17 protons et 17 lectrons 17 17 gt L ion CI porteur d une charge n gative contient 1 lectron en plus il est compos de 17 protons et 18 lectrons 17 18 Il a donc une charge n gative en exc s on dit qu il est charg 1 fois n gativement Nous avons vu sur l tiquette d eau min rale qu il existe galement des groupes d atomes porteurs de charge s positive s ou n gative s Ce sont des ions polyatomiques comme par exemple lion nitrate NO 1 atome d azote N contient 7 protons et 7 lectrons 3 atomes d oxyg ne O contiennent 24 protons et 24 lectrons Le groupe NO contient donc 31 lectrons c est dire 31 charges n gatives L ion NO porteur d une charge n gative contient 1 lectron en plus soit 32 lectrons Retenez bien les d finitions suivantes Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique a Chimie C2D 8 ES Activit 5 corrig au point 2 2 2 page 41 a Un atome de zinc a perdu deux lectrons la nouvelle particule form e est un ion c est dire un La formule de cet ion s crit Il contient sus lectrons b Un atome de fluor a gagn un lectron la nouvelle particule form e est un ion c est dire un La formule de cet ion s crit Il contient lectrons
28. contient donc autant de protons que d lectrons hydrog ne 1 1 1 carbone 6 6 6 oxyg ne 8 nombre num ro atomique Z nombre de protons nombre d lectrons dans un atome c Activit 1 corrig au point 2 2 2 page 41 Soit l atome de soufre S dont le nombre atomique Z 16 Combien y a t il de protons et d lectrons dans un atome de cet l ment L Isotopie Nombre de masse 4 L ensemble des atomes qui ont le m me nombre atomique Z est appel l ment chimique Z est galement le num ro d ordre de l l ment dans la classification p riodique des l ments 6 lt nombre atomique Z gt C symbole chimique l ment carbone l ment oxyg ne Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 2 Chine CD L atome le plus simple est l atome d hydrog ne dont le noyau renferme un seul proton et le nuage lec tronique un seul lectron On a identifi 3 types d atomes dont le noyau ne contient qu un proton Selon le cas ce noyau est constitu de 1 proton et pas de neutron 1 proton et 1 neutron 1 proton et 2 neutrons Les propri t s chimiques des atomes ne d pendent que du nombre d lectrons pr sents dans le nuage lectronique Ces trois atomes ont donc des propri t s chimiques similaires on les appelle les isotopes de l l ment hydrog ne Isotope
29. d unit C est un nombre pur La masse atomique relative A est donc un nombre pur 3 Les atomes sont ionis s pour tre sensibles aux forces transversales cr es par un champ lectrique et un champ magn tique Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D O Masse mol culaire relative M Puisque la masse atomique relative 4 indique combien de fois un atome est plus lourd que le douzi me de la masse d un atome de carbone 12 la masse mol culaire relative indiquera videmment combien de fois une mol cule est plus lourde que le douzi me de la masse d un atome de carbone 12 Quand on dit par exemple que la masse mol culaire relative de l eau est 18 cela signifie qu une mol cule H O est 18 fois plus lourde que le douzi me de la masse d un atome de carbone 12 La masse mol culaire relative M d une mol cule est le rapport entre la masse de cette mol cule et le douzi me de la masse d un atome de carbone 12 choisi comme masse talon La masse mol culaire relative est aussi un nombre pur De fa on pratique on calcule la masse mol culaire relative en additionnant les masses atomiques relati ves des atomes composant la mol cule multipli es par leur indice respectif Exemples M de H O 2 x 1 008 1 x 15 999 18 015 arrondi 18 M de Mg OH 1 x 24 305 2 15 999 1 008 58 319 arrondi 58 3 Z Activit 9 co
30. d lt D Donc pour mesurer la masse atomique relative A d atomes Y on d termine leur distance d impact d dans le spectrom tre de masse et on compare avec la distance d impact D d atomes d hydrog ne pris comme atomes talons masse de l atome Y D Le rapport est gal au rapport d masse de l atome H d o la masse de l atome Y 2 x la masse de l atome d hydrog ne l D masse de latome N _ Par exemple si pour des atomes N P 14 alors masse de l atome H 14 ce qui signifie que l atome d azote est 14 fois plus lourd que l atome d hydrog ne ou encore que A azote 14 4 hydrog ne Cette m thode a permis de d terminer la masse atomique relative de tous les atomes avec une grande pr cision 5 Les atomes sont lectris s pour tre sensibles aux forces transversales cr es par un champ lectrique et un champ magn tique Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Communaut fran aise de Belgique Module 406 ENSEIGNEMENT DISTANCE SPA CE 7 Chimie C2D Enseignement secondaire de transition 2 degr Corrig 9 8 J Agers Mai 2008 Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D 2 1 La seule proposition incorrecte est la proposition c Z ne repr sente pas le nombre de neutrons du noyau de l atome en effet le nombre de neutrons d un atome est gal
31. de masse Rappelez vous l criture conventionnelle nombre de masse gt Ay symbole de l l ment nombre atomique gt Z 7 La proposition correcte est la proposition a Ce sont des lectrons Les protons sont des particules charg es positivement et les neutrons sont des particules neutres Quant leurs masses elles valent respectivement 1 673 10 g et 1 675 10 g Les ions peuvent tre aussi charg s n gativement mais leur masse d pend du type d ions Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Ga Chimie C2D 8 La proposition correcte est la proposition c En effet une mole de mol cules correspond la masse mol culaire exprim e en grammes La masse mol culaire de oxyg ne O est 2 x 15 999 32 u 32 g est donc la masse d une mole d oxyg ne O La proposition d n est pas correcte car il n est pas indiqu 6 022 10 mol cules mais 6 022 10 moles 9 La proposition correcte est la proposition d K 2 L 8 M 18 N 5 le total des lectrons est 33 c est le nombre atomique de l arsenic La proposition a correspond la structure lectronique de l aluminium Al La proposition b correspond la structure lectronique du s l nium Se voisin de l arsenic dans le tableau p riodique La proposition c correspond la structure lectronique de l argon Ar 10 La proposition correcte est la proposition d La pro
32. de vapeur L autocuiseur Dans un autocuiseur la temp rature de l eau est sup rieure 100 C car la pression qui r gne dans celui ci est sup rieure la pression atmosph rique Lorsqu on chauffe de l eau en vase clos autocuiseur la pression exerc e sur le liquide est gale la somme de deux pressions la pression P de l air enferm dans le vase et la tension maximale de vapeur de l eau la temp rature o elle se trouve Dans ces conditions la pression gazeuse support e par le liquide est toujours sup rieure la tension maximale de vapeur du liquide Il n y aura donc jamais bullition En altitude la pression atmosph rique est plus petite qu au niveau de la mer La temp rature d bullition d pend de la pression La temp rature d bullition de l eau sera donc inf rieure 100 C Par exemple 2260 m d altitude o la pression atmosph rique est de l ordre de 75990 Pa l eau bout 92 C Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D 16 O La sublimation et la condensation Certains corps tels que la neige carbonique CO s l iode L s passent directement de l tat solide l tat gazeux on dit qu ils se subliment En effet pour certains solides l nergie n cessaire pour passer l tat gazeux est si faible qu ils se volatilisent sans m me passer par l tat liquide C est la sublimation
33. est consid rable Lors d un changement d tat d un corps la chaleur intervient comme facteur essentiel et la temp rature comme caract ristique physique principale O La fusion et la solidification Si nous chauffons de la paraffine dans un r cipient nous constatons qu elle devient liquide On dit qu elle fond On appelle fusion le passage de l tat solide l tat liquide Si nous cessons de chauffer au bout de quelques instants le liquide est remplac par un solide On dit que la paraffine se solidifie On appelle solidification ou parfois cong lation le passage de l tat liqui de l tat solide Le solide et le liquide obtenus sont deux tats diff rents du m me corps la paraffine fusion solidification solide liquide solide lt liquide chaleur 7 chaleur N Comment expliquer ces observations Lorsqu on augmente la temp rature d un solide il arrive un moment o l nergie des particules est suffisante pour fournir le travail n cessaire rompre les liens qui maintiennent ces particules dans leur position respective Ces particules peuvent alors rouler les unes sur les autres c est le passage de l tat solide l tat liquide Ce changement d tat s appelle la fusion Il existe diff rents types de fusion la fusion franche et la fusion p teuse la fusion franche si nous chauffons de la paraffine de la glace des cristaux de naphtal
34. expansible Nous pouvons dire que les gaz ont un volume qui peut varier consid rablement ils sont compressibles n ont pas de forme propre et occupent tout le volume qui leur est offert ils sont expansibles ne peuvent tre saisis entre les doigts ce sont des fluides Activit 1 corrig au point 2 2 2 page 17 Interpr tez ces ph nom nes en rempla ant les pointill s par le terme correct S Dans un gaz les distances entre les particules sont tr s 00 0 0 9 par rapport au diam tre des particules Qu en r sulte t il r une masse volumique tr s 00000 elle est environ mille fois 1 ON DOS ns que celle de l tat condens Pour la vapeur d eau 100 C p 0 588 kg m sous la pression normale de 101 325 Pa Ke gt une compressibilit tr s En effet puisqu il y a de nom breux vides la compression ne fait pas intervenir les dimensions des particules mais les normes 0 entre les particules Dans les gaz les particules sont anim es de rapides et d sordonn s Entre deux chocs cons cutifs les mol cules d crivent des trajectoires rectilignes tout se passe comme si elles rebondissaient sur la paroi du r cipient qui les contient Cette image m canique de l agitation gazeuse explique l expansibilit et la diffusibilit des gaz ainsi que la possibilit des gaz m me plus lourds que Pair de diffuser int grale
35. franches Si nous chauffons dans un bain d eau des cristaux de naphtal ne contenus dans une prouvette et que nous notons la temp rature toutes les minutes nous pouvons faire les observations suivantes aucune transformation ne se manifeste tant que la temp rature reste inf rieure 80 C un liquide clair appara t 80 C Deux phases sont alors pr sentes la phase solide constitu e de naphtal ne cristallis et la phase liquide constitu e de naphtal ne fondu Tant que ces deux phases coexistent la temp rature reste fix e 80 C D s que la phase solide a disparu la temp rature cro t de nouveau sur le graphique exprimant la variation de la temp rature en fonction du temps vous constaterez l exis tence d un segment horizontal parall le l axe des temps et correspondant une temp rature de 80 C Ce segment d sign par palier de temp rature montre que la fusion du naphtal ne commence et se poursuit 80 C La temp rature de 80 C repr sente la temp rature de fusion ou point de fusion du naphtal ne Activit 2 corrig au point 2 2 2 page 17 Nous vous proposons de porter les valeurs de ce tableau sur un graphique Ces valeurs sont des r sultats exp rimentaux Le temps exprim en minutes est port en abscisse la temp rature 0 exprim e en degr s Celsius est port e en ordonn e 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 3 5 4 4 5 5 5 5 6 67 5 70 72 5 74 76 77 5 79 80
36. l eau que vous faites chauffer vous pourrez visualiser le mouvement des bulles Chauffons l eau contenue dans un r cipient transparent et observons ce qui s y passe Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D a De petites bulles gazeuses s l vent d abord dans le liquide l air adh rant aux parois du r cipient ou dissous dans l eau se d gage Simultan ment un courant ascendant d eau chaude se produit au dessus du point de chauffe ce courant tend uniformiser la temp rature Vers 60 C de la vapeur s l ve de la surface libre de l eau la vitesse d vaporation devient tr s grande Vers 80 C au point de chauffe naissent des bulles de vapeur qui s l vent dans le liquide en diminuant de volume mesure qu elles atteignent les couches liquides sup rieures moins chaudes L eau fait entendre un bruissement particulier elle chante Enfin 100 C de grosses bulles de vapeur se forment au contact de la paroi de chauffe s l vent en grossissant encore et cr vent la surface en abandonnant des grandes quantit s de vapeur l eau bout Si nous r alisons cette exp rience en notant la temp rature toutes les minutes nous pouvons observer sur le graphique exprimant la variation de la temp rature en fonction du temps l existence d un palier de temp rature correspondant 100 C La temp rature d
37. temp rature et uniquement la surface libre du liquide ie L bullition est une vaporisation rapide d un liquide Elle se produit au sein m me du liquide et une temp rature bien d termin e bulles de vapeur Fusion et solidification vaporisation et liqu faction ainsi que sublimation et condensation sont des transformations de la mati re qui conservent chaque particule Ce sont des transformations physiques qui sont r versibles pression constante la temp rature de solidification est gale la temp rature de fusion la temp rature de liqu faction est gale la temp rature d bullition et de m me la temp rature de condensation est gale la temp rature de sublimation Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D 2 4 valuation de la le on 2 4 1 Test d autocontr le T A C E Consignes de travail Votre le on tant termin e voici votre test d autocontr le Il vous permettra de faire le point sur vos connaissances Il comprend neuf questions sur les notions que vous devez ma triser sans difficult pour aborder la suite du cours Nous esp rons vous voir atteindre le maximum R fl chissez avant d arr ter votre choix et vitez surtout de r pondre au hasard Ce test est destin vous aider en vous permettant une auto valuation et non vous juger ou vous noter Si vous n obtenez pas toute
38. un atome de carbone et de deux groupes NH Sa formule est OC NH Activit 3 corrig au point 2 2 2 page 41 Comp tez le tableau suivant H O 1 mol cule 2 atomes d H et 1 atome d O 3 HSO nine MER E R Fr 2 HSO 2 mol cules 4 atomes d H 2 atomes de S et 14 8 atomes d O Ca OH Else SNAC UM da die ot O Ions Si vous avez d j eu la curiosit de lire attentivement l tiquette donnant la composition d une eau min rale vous avez pu y trouver des renseignements tels que ceux ci Nat K Ca Mg CF SO NO NO HCO 23 0 4 90 2 1 2 5 5 29 5 5 2 0 0 229 Activit 4 corrig au point 2 2 2 page 41 D apr s vous pourquoi ces symboles sont ils affect s soit d un signe soit d un signe Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie C2D Comment d montrer l existence des ions Rappelez vous le ph nom ne de dissolution nous avons vu que le sucre l alcool et le dioxyde de car bone se dissolvent dans l eau Dans ces diff rents cas les mol cules de solut restent inchang es dans la solution Par contre si nous dissolvons dans l eau du sel de table ou chlorure de sodium NaCl ce compos se dissout en se dissociant en ions Na et CI Une exp rience tr s simple permet de visualiser cette transformation r alisons un petit circuit lectrique
39. 06 Chimie C2D Gr 2 3 Synth se de la le on Mod le de Rutherford Chadwick Tout atome est compos 1 d un noyau qui comprend un ou plusieurs protons z ro un ou plusieurs neutrons 2 d un nuage lectronique form d lectrons qui gravitent autour du noyau et qui sont en nombre gal celui des protons Tout atome est lectriquement neutre ce sont les nucl ons gt lectron noyau lt Sch ma de l atome de silicium selon Rutherford Chadwick Mod le de Bohr 1913 Les lectrons se situent autour du noyau sur des couches distinctes correspondant diff rents niveaux d nergie Le nombre maximal d lectrons que l on peut trouver sur les diff rentes couches vaut 2 n La couche K est une r gion o se situent les lectrons de niveau d nergie n l max 2 lectrons La couche L est une r gion o se situent les lectrons de niveau d nergie n 2 max 8 lectrons La couche M contient les lectrons de niveau d nergie n 3 max 18 lectrons La couche N contient les lectrons de niveau d nergie n 4 max 32 lectrons Cette r gle n est pas v rifiable pour les couches O P Q car ces couches ne sont jamais compl tes dans les l ments naturels ou artificiels Sch ma de l atome de silicium selon Bohr Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chine D 2 4 valuation de la le on 2 4 1 Test d autoc
40. 80 80 80 80 80 6 5 7 7 5 8 8 5 9 9 5 10 10 5 11 11 5 12 80 80 80 80 80 80 81 82 83 5 85 87 89 Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D Activit 3 corrig au point 2 2 2 page 17 Essayez d interpr ter ce qui se passe dans la mati re lors de la fusion franche Pendant le chauffage du solide les particules oscillent autour de leur position moyenne avec des ampli tudes de plus en plus fortes ce qui se traduit par une de la temp rature du solide Lorsque la temp rature du atteint la temp rature de par suite de l importance des vibrations des particules l difice solide L nergie thermique ou plus simplement la chaleur fournie avant la Sert chauffer le solide c est dire augmenter l amplitude d oscillation des particules autour de leur position moy enne tandis que l nergie thermique fournie pendant la fusion est utilis e pour rompre les liens entre les ef il en r sulte que la temp rature reste Si nous observons le refroidissem
41. Activit 3 Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chine D Activit 4 a olw e J s pr surtout liquide liquide gaz gaz premi res bulles de gaz form es au sein du liquide derni re goutte de liquide qui se vaporise temp rature C O O 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II temps min Activit 5 La temp rature de l eau augmentant avec la temp rature de l air ambiant la concentration en oxyg ne dans l eau diminue car la solubilit des gaz diminue lorsque la temp rature augmente Les poissons ne trouvent plus suffisamment d oxyg ne et ils meurent asphyxi s Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D 2 3 Synth se de la le on Disposition des particules dans les solides les liquides et les gaz Dans les solides les particules sont dispos es r guli rement empil es les unes contre les autres en s attirant mutuellement Dans les liquides les particules bien que serr es les unes contre les autres s attirent moins que dans les solides et peuvent se d placer les unes par rapport aux autres mais en restant l int rieur d un volume s par de lair par une surface horizontale D autre part la distance entre particules est sensiblement la m me que dans les solides Dans les gaz les particules sont tr s espac es par r
42. Chaque atome est repr sent par un symbole et est caract ris par deux nombres et Z A nombre de masse le nombre de nucl ons protons neutrons formant le noyau 7X Z nombre atomique le nombre de protons et le nombre d lectrons Un l ment chimique est l ensemble des atomes qui ont le m me nombre atomique Z Des isotopes sont des atomes d un m me l ment dont le noyau contient un nombre identique de protons mais des nombres diff rents de neutrons Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D La mol cule est un assemblage ordonn d un nombre limit d atomes li s les uns aux autres Elle est repr sent e par une formule qui indique les esp ces d atomes symboles et leur nombre indices Un ion est un atome ou un groupe d atomes qui porte une ou plusieurs charge s lectrique s unitaire s positive s ou n gative s Un ion positif est un cation Un ion n gatif est un anion Un lectrolyte est un compos qui se dissout dans l eau en se dissociant en ions ce qui permet la solution form e de conduire le courant lectrique La masse atomique d un l ment m s exprime en u 1 u 1 661 10 kg La masse atomique relative d un atome est le rapport entre la masse de cet atome et le dou zi me de la masse de l atome de carbone 12 choisie comme masse talon La masse atomique relative est un nombre pur La masse mol
43. a E Test d autocontr le 1 Le rayon de l atome de carbone est de 0 062 nm c est dire m a 6 2 10 b 6 2 10 c 6 2 10 d 62 107 Le rayon de l atome de fer est de 1 227 10 m c est dire nm a 0 01227 b 0 1227 c 1 227 d 12 27 1 673 10 kg la masse d un atome d hydrog ne peut aussi s crire a 0 000 000 000 000 000 000 000 000 001 673 b 0 000 000 000 000 000 000 000 000 01673 c 0 000 000 000 000 000 000 000 000 1673 d 0 000 000 000 000 000 000 000 001 673 E Corrig comment du test d autocontr le 1 La proposition correcte est la proposition c 0 062 nm 6 2 10 nm Comme 1 nm 10 m 6 2 10 nm 6 2 10 m La proposition correcte est la proposition b 1 227 10 m 0 1227 10 m Comme 10 m 1 nm 1 227 107 m 0 1227 nm 3 La proposition correcte est la proposition a 1 673 10 kg 0 000 000 000 000 000 000 000 000 001 673 kg 26 z ros apr s la virgule et le chiffre 1 au 27 rang 2 1 5 Activit s Vous connaissez d j le logo Z qui permet d attirer votre attention sur un exercice r soudre au cours de la le on Comme pr c demment vous trouverez la correction de ces activit s en 2 2 2 avant la syn th se de la le on Lorsque vous devrez utiliser le tableau p riodique nous l indiquerons par le logo C Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique
44. ains facteurs peuvent influen cer sa vitesse Ainsi le linge s che plus vite s il est tal Le s chage est aussi acc l r s il fait chaud ou s il y a du vent Dans les marais salants on active l vaporation de l eau en talant l eau de mer sur de grandes tendues Dans l industrie on active l vaporation par le vide L ther et l alcool s vaporent plus vite que l eau Les liens entre les particules de ces liquides sont moins forts que les liens entre les mol cules d eau L ther et l alcool sont des liquides plus volatils que l eau Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie C2D Lorsque la vapeur prend naissance l int rieur du liquide sous forme de bulles qui viennent ensuite crever tumultueusement la surface la vaporisation prend le nom d bullition L bullition et l vaporation sont les formes de la vaporisation Le passage de l tat gazeux l tat liquide est appel la liqu faction parfois la condensation Nous retiendrons les d finitions suivantes A Vous avez certainement d j fait bouillir de l eau mais nous vous sugg rons de refaire ce geste familier pour observer les phases importantes du ph nom ne Pour effectuer vos observations vous devez disposer d un thermom tre dont les graduations atteignent au moins 100 C Si vous avez un peu de sciure de bois ajoutez en
45. ange d isotopes Les masses atomiques trouv es dans la classification p riodique correspondent une valeur pond r e tenant compte des abondances de chacun des isotopes pr sents dans l l ment l tat naturel Exemple nombre atomique gt 6 C lt symbole chimique masse atomique relative gt 12 011 Sachant que le carbone naturel est constitu de 98 90 de carbone 12 m exactement 12 u de 1 10 de carbone 13 m 13 003 u et d environ 10 de carbone 14 m 14 003 u sa masse atomique vaut sans tenir compte de l isotope 14 de trop faible importance 98 90 10 x 12u 1 10 10 2 x 13 003 u 12 011 u C est la valeur que l on trouve dans la case de l l ment carbone du tableau p riodique Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D Gar O Masse d une mol cule La masse d une mol cule est appel e masse mol culaire on la note m La masse mol culaire est la somme des masses atomiques des atomes constitutifs d une mol cule Exemples de calcul a Une mol cule d eau H O est constitu e de deux atomes d hydrog ne et d un atome d oxyg ne La masse mol culaire de HO 2 masse atomique de H masse atomique de O m HO 2m H m O 2 1 008 u 15 999 u 18 015 u valeur arrondie 18 u b Une mol cule d oxyde d aluminium ALO est constitu e de 2 atomes d aluminium et d
46. apport leurs dimensions ne s attirent prati quement pas entre elles et s agitent au hasard dans tous les sens Solide volume d termin volume d termin pas de volume d termin forme propre pas de forme propre pas de forme propre tr s faible compressibilit tr s faible compressibilit tr s grande compressibilit grande coh sion faible coh sion Dissolution solution satur e cristallisation aucune coh sion Une solution est le m lange obtenu apr s dissolution d un solut dans un solvant La concentration d une solution est la quantit de solut dissoute dans un litre de solution La concentration s exprime en g l ou en mol l Une solution est satur e lorsqu une quantit ajout e de solut ne peut plus s y dissoudre La cristallisation est un ph nom ne physique qui a lieu partir d une solution satur e Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie C2D Changements d tat Fusion tat solide tat liquide Solidification tat liquide tat solide Vaporisation tat liquide tat gazeux vapeur Liqu faction tat gazeux tat liquide Sublimation tat solide gt tat gazeux Condensation tat gazeux tat solide Di aea Sn L vaporation est une vaporisation lente d un liquide dans une atmosph re gazeuse Elle se produit toute
47. ati re est la mole symbole mol Une mole d atomes contient un nombre d fini d atomes le nombre d Avogadro 6 022 10 De m me une mole de mol cules contient un nombre d fini de mol cules 6 022 10 Donc une mole d eau contient 6 022 10 mol cules d eau Le type de particules doit g n ralement tre sp cifi atomes mol cules ions lectrons En effet si on parle d une mole d azote il faut pr ciser s il s agit d atomes d azote N ou de mol cules d azote N Par contre il n est pas n cessaire de l indiquer pour une mole de mol cules de dioxyde de carbone CO par exemple La notion de mole s applique galement aux m langes ainsi une mole d air est un m lange qui contient 78 09 de N 20 95 de O 0 93 d Ar 0 03 de CO et des traces d autres gaz O Masse molaire M Sachant qu une mole d eau contient 6 022 10 mol cules d eau nous pouvons maintenant calculer la masse d une mole d eau 6 022 107 x 29 92 10 77 kg 18 02 10 kg 18 02 g La masse molaire M de l eau est la masse qui contient 6 022 10 exemplaires de cette mol cule La masse molaire s exprime en g mol et vaut donc 18 02 g mol pour l eau Nous remarquons que la masse molaire de l eau s exprime en g mol par le m me nombre que sa masse mol culaire titre d exercice nous pouvons calculer le nombre de moles d eau contenues dans le verre Le verre contient 6 684 10 mol cules u
48. avec un g n rateur une pile de 6 V deux lectrodes un appareil de mesure du courant amp rem tre et ou une ampoule Lorsqu on plonge les lectrodes dans l eau pure distill e Q lamp rem tre ne d tecte aucun courant et l ampoule ne amp rem tre s allume pas l eau ne laisse pas passer l lectricit Si l on r p te exp rience avec de l eau dans laquelle on a lampe dissous du sucre de l alcool ou du dioxyde de carbone on co constate que ces solutions ne sont pas non plus conductrices du courant lectrique Par contre lorsqu on plonge les lectrodes dans l eau sal e l amp rem tre mesure un courant et l ampoule s allume l eau sal e est donc conductrice du courant lectrique Le passage du courant est assur par les lectrons dans le fil lectrique et par les ions Na et CF dans la solution Les substances qui comme NaCl se dissolvent dans l eau en se dissociant en ions sont appel es des lectrolytes car ces solut s permettent la solution de conduire le courant lectrique De plus cette exp rience permet de distinguer les ions de signes diff rents car les ions positifs migrent vers la cathode reli e au p le n gatif du g n rateur d o leur nom de cations alors que les ions n ga tifs migrent vers l anode reli e au p le positif du g n rateur d o leur nom d anions Comment expliquer l existence de charges lectriques sur des particules
49. balt est 27 Le symbole de l isotope pr sent ici est Co Le noyau de cet isotope contient 60 27 33 neutrons 9 La masse atomique du chrome est la somme des masses des quatre isotopes pond r e chacune en fonction de son abondance propre m 4 35 107 x 49 946 83 79 107 x 51 941 9 50 107 x 52 941 2 36 107 x 53 939 51 996 u Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chine D Le on 3 Mod les atomiques 2 1 Introduction 2 1 1 Motivation Pour expliquer un certain nombre de ph nom nes comme par exemple l lectricit les physiciens et les chimistes ont recherch un mod le de repr sentation de l atome Ce mod le a volu au cours du temps en fonction des d couvertes et des connaissances des savants Nous avons retenu pour vous le mod le atomique de Rutherford Chadwick et le mod le atomique de Bohr qui sont l heure actuelle les mod les les mieux structur s 2 1 2 Objectifs de la le on la fin de cette le on vous devrez tre capable de d terminer la structure lectronique d un atome selon le mod le de Rutherford Chadwick et selon le mod le de Bohr 2 1 3 Plan de la le on E Mod le atomique de Rutherford Chadwick E Mod le atomique de Bohr 2 1 4 Pr requis de la le on partir de la case du tableau p riodique repr sentant l atome de lithium vous pouvez d terminer la composition d un atome de lithium 3
50. chaleur tat fondamental Comment interpr ter d une part mission de lumi re et d autre part la coloration particuli re de la lumi re mise jaune pour le sodium bleu vert pour le cuivre L mission de lumi re peut s expliquer de la fa on suivante un atome qui a atteint un tat lectronique excit est dans une situation tr s instable En environ 10 s il retourne l tat fondamental en mettant sous forme de lumi re la diff rence d nergie entre le niveau excit et le niveau fondamental nergie Etat excit nergie lumineuse tat fondamental Il reste expliquer la coloration caract ristique de la flamme propre chacun des m taux La lumi re blanche r sulte d un m lange de couleurs chaque couleur est associ e une nergie qui lui est propre Cette nergie cro t du rouge au violet NERGIE aa UV violet indigo bleu vert jaune orange rouge IR spectre visible Ceci permet de d duire que la coloration jaune de la flamme propre au sodium traduit une restitution d nergie moins importante que celle du potassium coloration violette mais plus importante que celle du lithium coloration rouge Et si la quantit d nergie restitu e est diff rente d un atome l autre c est que la quantit d nergie absorb e est galement diff rente pour le sodium le potassium et le lithium Si la quantit d nergie absorb e est diff rente c est donc qu
51. culaire m est la somme des masses atomiques des atomes constitutifs d une mo l cule La masse mol culaire s exprime en u La masse mol culaire relative M d une mol cule est le rapport entre la masse de cette mol cule et le douzi me de la masse de l atome de carbone 12 choisie comme masse talon La masse mo l culaire relative est un nombre pur La mole est la quantit de mati re qui contient autant de particules de cette mati re qu il y a d atomes dans 12 g de carbone 12 Ce nombre appel nombre d Avogadro vaut 6 022 10 Une mole de n importe quel ensemble de particules atomes mol cules ions lectrons contient toujours le m me nombre de particules c est dire 6 022 10 La masse molaire s exprime en grammes par mole par le m me nombre que la masse atomique ou mol culaire Mod le atomique de Rutherford Chadwick Tout atome est lectriquement neutre et est compos 1 d un noyau qui comprend un ou plusieurs protons z ro un ou plusieurs neutrons 2 d un nuage lectronique constitu d lectrons qui voluent autour du noyau et sont en nombre gal celui des protons les nucl ons Mod le atomique de Bohr Les lectrons se situent autour du noyau sur des couches distinctes correspondant diff rents niveaux d nergie Le nombre maximal d lectrons que l on peut trouver sur les diff rentes couches vaut 2 n Cette r gle n est pa
52. de Belgique Chimie C2D Vers 1810 le chimiste italien AVOGADRO 1776 1856 compara la masse d un volume de gaz oxyg ne O suffisant pour tre ais ment pes l aide d une balance la masse d un m me volume de gaz hydrog ne H pris comme talon parce qu il tait le corps le plus l ger Se basant sur des lois r cemment d couvertes l poque Avogadro mit l hypoth se que dans les m mes conditions de temp rature et de pression des volumes gaux de gaz renferment le m me nombre de mol cules Avogadro tait parvenu la conclusion que la plupart des gaz sont constitu s non d atomes isol s mais de mol cules diatomiques En comparant la masse d un certain nombre de mol cules O la masse du m me nombre de mol cules H Avogadro trouva que l oxyg ne tait 16 fois plus lourd que l hydrog ne La m me m thode permit de mesurer la masse d autres atomes par rapport la masse de l atome d hy drog ne On a donc attribu arbitrairement la valeur 1 la masse de l hydrog ne Actuellement comme nous l avons signal plus haut on utilise en guise d talon le douzi me de la masse d un atome de carbo ne 12 C est pourquoi la valeur de la masse atomique de l hydrog ne est 1 008 au lieu de exactement 1 La mesure de la masse des atomes aboutit une masse atomique relative puisque la masse est compar e une masse talon On symbolise la masse atomique relative par 4
53. e 406 Chimie C2D Gr O tat liquide Il n est bien s r pas possible de r p ter les manipulations pr c dentes avec de l eau ou de l alcool Mais nous pouvons transvaser l eau d une bouteille dans une autre bouteille de forme diff rente Le volume d eau ne varie pas l eau pouse la forme du r cipient qui le contient Si nous aspirons de l eau dans une seringue bouchons l orifice et poussons sur le piston il ne s enfonce pas l eau n est pas compressible Nous pouvons dire que les liquides n ont pas de forme propre ils prennent la forme du r cipient qui les contient et sont s par s de l air par une surface plane et horizontale ont un volume pratiquement constant ils sont incompressibles ne peuvent tre saisis entre les doigts car ils s coulent ce sont des fluides Interpr tons ces ph nom nes Dans un liquide les particules sont proches les unes des autres et il y a peu de vide entre elles Elles n ont pas de position fixe durant de longues p riodes elles sont tr s mobiles car l nergie n cessaire pour les d placer est peu importante Une ouverture pratiqu e dans la paroi lat rale du r cipient contenant le liquide permet aux particules de s chapper par gravit Puisque le d placement des particules est facile le liquide a un comportement diff rent de celui du solide tout en conservant le m me volume il est d formable Cette description du comp
54. e 100 C repr sente la temp rature d bullition ou point d bullition de l eau La temp rature d bullition d pend de la pression surmontant le liquide Sous la pression atmosph rique normale on parlera de temp rature normale d bullition Activit 4 corrig au point 2 2 2 page 18 Associez chaque partie du graphique le sch ma correspondant amp a gaz liquide gaz surtout liquide premi res bulles de gaz form es au sein du liquide ni derni re goutte de liquide qui se vaporise temp rature C ni O O 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II temps min Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie C2D Essayons d interpr ter ce qui se passe dans la mati re Pendant le chauffage du liquide les particules sont anim es de vitesses de plus en plus grandes mais elles restent essentiellement confin es dans le volume du liquide c est dire que les particules restent li es entre elles Lorsque le liquide bout l nergie thermique fournie sert briser les liens entre les particules du liquide et la temp rature reste constante les particules devenant pratiquement ind pendantes on obtient l tat gazeux On pourrait se poser la question pourquoi l eau bout elle 100 C et l ther 35 C Nous venons de voir que l ther tait un liquide plus volatil que l eau
55. e 2 x 1 008 32 066 4 x 15 999 98 078 98 1 AI OH hydroxyde d aluminium 26 982 3 15 999 1 008 78 003 78 Fe O oxyde de fer Ill 2 x 55 847 3 x 15 999 159 691 159 7 Si vous comparez ces r ponses aux r ponses de l activit 8 vous constatez que le calcul se fait de la m me mani re mais que l unit u s impose lorsqu il s agit de la masse mol culaire et qu il y a absence d unit lorsqu il s agit de la masse mol culaire relative Activit 10 a Nombre de moles d atomes et nombre d atomes que contiennent 55 847 g de fer Fe La mesure de la masse d une mole d atomes s exprime en grammes par le m me nombre que la masse atomique 55 847 g masse atomique exprim e en g est donc la masse d une mole d atomes de Fe La mole est la quantit de mati re qui contient 6 022 10 particules de cette mati re Une mole d atomes de Fe c est dire 55 847 g contient 6 022 10 atomes de Fe b Soit une canette contenant 0 330 1 d eau c est dire 330 g d eau Une mole d eau a une masse de 18 015 g et contient 6 022 10 mol cules Nombre de moles contenues dans la canette c est dire dans 330 g 330 18 015 18 32 moles Nombre de mol cules contenues dans cette canette 18 32 x 6 022 10 1 103 10 mol cules ES Pour la facilit du calcul certains livres utilisent le nombre 6 10 et d autres le nombre 6 02 10 Enseignement distance Minist re de la Communa
56. e 3 atomes d oxyg ne La masse mol culaire de ALO 2 masse atomique de Al 3 masse atomique de O m ALO 2 m Al 3 m O 2 26 982 u 3 15 999 u 101 961 u valeur arrondie 102 u Z Activit 8 corrig au point 2 2 2 page 42 Calculez la masse mol culaire de HNO titrate d hydrog ne snntematiinnninnaauiinan 3 Ca OH hydroxyde de calcium serment nrmnenti tie CI M thode de d termination de la masse atomique relative La mesure d une grandeur physique se fait par comparaison avec un talon de mesure pour bien s entendre et standardiser les mesures Ainsi la masse d un corps est mesur e relativement l talon kilogramme Les mesures de masses s op rent habituellement l aide de balances mais quand les scientifiques ont voulu mesurer la masse des atomes ils se sont heurt s un obstacle majeur non seulement aucune balance n a la sensibilit voulue pour mesurer la masse infime d un atome mais sa taille elle m me ne permet pas de l isoler Pour r soudre cette difficult ils ont mesur la masse d un grand nombre connu d atomes plut t que la masse d un seul d faut de pouvoir d terminer la masse r elle les chimistes ont fait appel des valeurs relatives par comparaison entre la masse d un grand nombre d atomes et la masse du m me grand nombre d atomes d un talon Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise
57. e les lectrons excit s peuvent atteindre des niveaux d nergie diff rents En cons quence il faut admettre que diff rents niveaux d nergie doivent exister dans les atomes C est partir de l tude de la lumi re mise par les atomes d hydrog ne que Bohr a propos en 1913 un nouveau mod le atomique qui s appuie sur la th orie des quanta d Einstein Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie C2D C Les niveaux d nergie des lectrons Bohr imagine que les lectrons se situent autour du noyau sur des couches distinctes correspondant diff rents niveaux d nergie Ainsi la couche K est une r gion o se situent les lectrons de niveau d nergie n l la couche L est une r gion o se situent les lectrons de niveau d nergie n 2 la couche M est une r gion o se situent les lectrons de niveau d nergie n 3 et ainsi de suite De plus selon ce mod le chacune de ces couches selon les atomes est occup e par un ou plusieurs lectrons les lectrons charg s n gativement exercent sur les autres une force de r pulsion il ne peut donc y en avoir un nombre quelconque sur chaque couche Le nombre maximal d lectrons que l on peut trouver sur les diff rentes couches vaut 2 n En appliquant cette r gle nous trouvons ais ment le nombre maximum d lectrons par couche sur la couche K n 1 2 x 1 2
58. ensable l tude ult rieure M morisez la soigneusement Le tableau p riodique des l ments est une aide pr cieuse habituez vous d s cette le on l utiliser Vous en aurez besoin pour r soudre les questionnaires d valuation 2 1 2 Objectifs de la le on Au terme de cette le on vous devrez tre capable de d terminer la composition d un atome d une mo l cule et d un ion et leurs caract ristiques quantitatives telles que les masses atomique mol culaire et molaire ainsi que le nombre d Avogadro 2 1 3 Plan de la le on E Atomes E Mol cules et ions E Masses atomique mol culaire et molaire 2 1 4 Pr requis de la le on l chelle des atomes le m tre et le kilogramme unit s du syst me international SI sont des unit s peu commodes Il est donc important de se rappeler l usage des sous multiples et celui des exposants n gatifs Tous les atomes n ont pas le m me rayon mais celui ci est de l ordre de quelques 10 m On utilisera le plus souvent le nanom tre nm qui quivaut 10 m soit 0 000 000 001 m Pour la masse on continue employer le kilogramme mais avec des exposants n gatifs tels que 1077 c est dire 0 000 000 000 000 000 000 000 000 001 kg on crit 26 z ros et le chiffre 1 au 27 rang derri re la virgule Exercez vous l aide de ce petit test Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D
59. ent du naphtal ne liquide nous remarquerons que la temp rature diminue d abord se stabilise ensuite 80 C pendant que le naphtal ne se solidifie diminue nouveau d s que tout le naphtal ne est devenu solide O La vaporisation et la liqu faction Nous venons de voir que pour provoquer le ph nom ne de fusion il fallait se placer dans des conditions de temp rature et de pression nous avons travaill la pression atmosph rique bien d termin es Or si nous abandonnons une petite quantit d eau dans une assiette nous constaterons la disparition totale ou partielle de cette quantit d eau apr s quelques heures ou quelques jours Que s est il pass Les particules de liquide en contact avec l air c est dire les particules de se 2 gt a la surface libre du liquide trouvent assez d nergie dans le milieu ambiant pour rompre leurs liens et passer l tat gazeux L eau liquide devient ainsi de la vapeur d eau L eau s est vaporis e Lorsque la vapeur prend naissance la surface libre du liquide la vaporisation est appel e vaporation Ce ph nom ne peut se produire diff rentes temp ratures et sous diff rentes pressions Il est mis profit dans de nombreuses applications famili res comme par exemple l usage des humidificateurs le s chage du linge mais aussi industrielles L vaporation peut donc se faire n importe quelle temp rature mais cert
60. entaires 4 5 Devoir de fin de s rie Annexe E Masse atomique relative et spectrom trie de masse Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 27 29 30 30 31 35 35 37 37 39 40 41 43 45 45 48 50 50 50 50 50 51 51 51 51 52 52 54 55 56 57 58 58 59 60 62 62 64 65 66 67 73 406 Chimie C2D 1 Pr sentation de la s rie 1 1 Motivation L eau l air les roches la v g tation notre corps tous les objets qui nous entourent sont constitu s de mati re Mais de quoi la mati re est elle constitu e Peut on expliquer les diff rents aspects sous les quels elle se pr sente nos yeux Nous allons r pondre ces questions dans cette s rie 1 2 Objectifs de la s rie la fin de cette s rie vous devrez tre capable de reconna tre les caract ristiques des diff rents tats et des diff rents constituants de la mati re et de d crire le mod le atomique de Bohr 1 3 Place de la s rie dans le module Entr e du module S rie 3 l ments chimiques S rie 4 M langes et corps purs S rie 5 Corps compos s et corps simples S rie 6 Liaisons chimiques S rie 7 R actions chimiques S rie 8 Oxyg ne S rie 9 lectrolytes I Bases S rie 10 lectrolytes II Acides S rie 11 lectrolytes III Sels S rie 12 Sortie du module 1 4 Plan de la s rie Cette s rie comprend les le ons suivantes
61. est la proposition b m Fe 55 847 u La proposition a correspond la masse atomique relative car c est un nombre sans unit La proposition c correspond la masse d une mole d atomes de fer la masse d une mole ou masse molaire s exprime en g mol La proposition correcte est la proposition a L ion F a la m me structure lectronique que l atome de n on Ne En effet l ion F est un atome de fluor 9 lectrons qui a gagn 1 lectron Cet ion poss de donc 10 lectrons comme l atome Ne La proposition correcte est la proposition b Deux isotopes d un m me l ment ont le m me nombre de protons et d lectrons Ils ont des nom bres de neutrons diff rents La proposition correcte est la proposition b Un ion H a une structure lectronique identique au proton l atome d hydrog ne est constitu d un proton et d un lectron L ion H est un atome H qui a perdu 1 lectron Il est par cons quent con stitu d un proton La proposition correcte est la proposition c La configuration K 2 L 8 M 8 N 2 indique que cet atome poss de 20 e donc Z 20 Cette configuration est celle de l atome de calcium La proposition correcte est la proposition c La liqu faction est le passage de l tat gazeux l tat liquide Le passage de l tat solide l tat liquide est la fusion Le passage de l tat liquide l tat gazeux est la vaporisation La proposition c
62. g 300 moles ont une masse de 300 x 44 1 13230 g soit 13 2 kg Atome Symbole Nombre de protons Nombre d lectrons Masse atomique relative phosphore P 15 15 30 974 potassium K 19 19 39 098 brome Br 35 35 79 904 bore B 5 5 10 811 Formule Composition de la mol cule Masse mol culaire Masse molaire H S 2 atomes d hydrog ne H 2 x 1 008 32 066 34 u 34g 1 atome de soufre S HSO 2 atomes d hydrog ne H 2 x 1 008 32 066 4 x 15 999 98 g 1 atome de soufre S z98u 4 atomes d oxyg ne O Fe OH 1 atome de fer Fe 55 847 3 1 008 15 999 107 g 3 atomes d oxyg ne O 3 atomes d hydrog ne H 106 868 107 u Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D Ger 4 5 Devoir de fin de s rie E Consignes de travail Vous avez termin cette deuxi me s rie de le ons consacr es la structure de la mati re Nous esp rons que vous tes satisfait e de votre travail et que vous vous appr tez passer la s rie 3 qui se rapporte aux l ments chimiques Auparavant nous vous proposons un devoir r capitulatif R solvez les exercices sans faire appel vos notes En cas de doute cependant n h sitez pas relire votre cours le on corrig du test d autocontr le Faites un brouillon et gardez le jusqu la r ception de votre devoir Vous pourrez ainsi mieux compren dre et corriger vos erreurs Vo
63. ge et celui ci s che La proposition correcte est la proposition a L nergie thermique plus simplement la chaleur fournie avant la fusion sert chauffer le solide c est dire augmenter l amplitude d oscillation des particules autour de leur position moyenne tandis que l nergie thermique fournie pendant la fusion est utilis e pour rompre les liens entre les particules La proposition correcte est la proposition b Une bullition est une vaporisation rapide une temp rature bien d termin e Une sublimation est un passage direct de l tat solide l tat gazeux La proposition correcte est la proposition b L engrais se dissout dans l eau L expression l engrais a fondu dans l eau est erron e La proposition correcte est la proposition b Les deux graphiques pr sentent un palier la temp rature reste constante alors que de l nergie conti nue tre fournie Il s agit donc de 2 changements d tat Comme on pr cise dans l nonc que l on part de 2 substances solides il s agit de la fusion passage de l tat solide l tat liquide et non de l bullition passage de l tat liquide l tat vapeur Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chine D Le on 2 Atomes mol cules ions masses atomique mol culaire et molaire 2 1 Introduction 2 1 1 Motivation Cette le on constitue un pr requis indisp
64. ir lieu une temp rature d termin e 1l faut que cette temp rature la solution soit satur e On peut atteindre le point de saturation d une solution non satur e soit en la re froidissant soit en liminant une partie du solvant par exemple par vaporation Le corps dissous n est pas n cessairement solide il peut tre liquide Par exemple une solution d alcool dans de l eau il peut tre gazeux Par exemple les eaux min rales gazeuses qui contiennent souvent du dioxyde de carbone en solution Lorsqu on chauffe ces eaux la solubilit du dioxyde de carbone diminue et le gaz s chappe de la solution Le solvant lui m me n est pas n cessairement liquide il peut tre solide Ainsi la fonte est une solution de carbone dans du fer Activit 5 corrig au point 2 2 2 page 18 La solubilit de certaines substances diminue quand la temp rature augmente C est le cas de la plupart des gaz dans l eau notamment l oxyg ne C est ainsi que l on voit parfois en t des poissons morts dans nos rivi res Expliquez ce ph nom ne La dissolution et la cristallisation ne sont pas des changements d tat Nous les exposons dans cette le on pour pr ciser le vocabulaire de ces ph nom nes en effet ce voca bulaire est souvent utilis de mani re erron e Exemple En mettant un sucre dans le caf on entend dire le sucre a fondu alors qu il s est dissous La cristallisation e
65. lectrons sur la couche L n 2 2 x 22 8 lectrons sur la couche M n 3 2 x 3 18 lectrons sur la couche N n 4 2 x 4 32 lectrons Cette r gle est sans doute utilisable pour les couches O P Q mais n est pas v rifiable car ces couches ne sont jamais compl tes dans les l ments naturels ou artificiels Le sch ma ci dessous nous montre les diff rents niveaux d nergie que peuvent occuper les lectrons NERGIE Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D C R partition des lectrons des 20 premiers l ments Gr ce au mod le de Bohr il devient donc possible de proposer une r partition des lectrons par couche On imagine que les lectrons d un atome se r partissent d abord en remplissant la couche la plus proche du noyau puis la deuxi me couche et ainsi de suite jusqu ce que tous les lectrons soient distribu s R sum e en un tableau voici la r partition des lectrons des l ments de Z 1 Z 20 Observez bien ce tableau il pr figure l explication de l agencement du tableau p riodique des l ments dans la s rie 3 La r partition des lectrons d un l ment peut aussi tre repr sent e de mani re sch matique Par exemple pour l aluminium Z 13 qui poss de un total de 13 e on dessinera K 2e L 86 M 3e On peut trouver facilement sur une case du tableau
66. ment travers un orifice de la paroi du r cipient qui les contient En raison du mouvement de leurs particules les liquides et les gaz sont appel s des 0 000000000 7 LT _ Cette description du comportement des particules permet d expliquer les observations pr c dentes Donc les gaz sont expansibles en raison de l agitation incessante des particules qui enferm es dans un r cipient occupent tout le volume offert et peuvent s chapper du r cipient au hasard de leur passage devant l ouverture sont des fluides car les particules ne s attirent pratiquement pas entre elles sont compressibles en raison de l espace existant entre les particules qui de ce fait peuvent tre rapproch es Volume d termin oui oui non Forme propre oui non non Compressibilit tr s faible tr s faible tr s grande Coh sion entre les particules grande faible nulle Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D Ge E Changements d tat Par la physique nous savons que dans les solides les particules sont anim es de petites oscillations autour d une position moyenne L nergie contenue dans les oscillations n est pas n cessairement la m me pour toutes les particules La temp rature nous renseigne sur leur nergie moyenne plus la temp rature est lev e plus les oscillations sont rapides et amples plus l nergie
67. ne mole d eau contient 6 022 10 mol cules 6 684 10 _ Le nombre de moles d eau vaut 6022 102 11 10 moles 008 _ Le nombre de moles d eau peut galement se calculer par 18 02 g mol 11 10 moles Nous obtenons des r sultats identiques quelle que soit la m thode utilis e Z Activit 10 corrig au point 2 2 2 page 42 a Calculez le nombre de moles d atomes et le nombre d atomes que contiennent 55 847 g de fer Fe b Vous buvez une canette d eau combien avalez vous de mol cules d eau Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D Ga 2 2 2 Corrig des activit s Activit 1 Le nombre atomique Z du soufre S est 16 L atome de cet l ment poss de 16 protons et donc 16 lectrons Activit 2 Pour l isotope K le nombre atomique Z 19 et le nombre de masse A 39 Il y a donc 19 protons 20 39 19 neutrons et 19 lectrons Activit 3 H O 1 mol cule 2 atomes d H et 1 atome d O 3 HSO 1 mol cule 2 atomes d H 1 atome de S et 7 4 atomes d O 2 H SO 2 mol cules 4 atomes d H 2 atomes de S et 14 8 atomes d O Ca OH 1 mol cule 1 atome de Ca 2 atomes d O et 5 2 atomes d H 3 NaCl 3 mol cules 3 atomes de Na et 3 atomes de CI 6 Activit 4 Si sur la bouteille d eau min rale les symboles sont affect s d un signe c est pour indiquer que les min raux qui s
68. nement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie C2D E Autres transformations physiques O La dissolution et la cristallisation Introduisons un morceau de sucre dans un verre d eau Le volume du morceau de sucre diminue gra duellement et apr s quelque temps il a compl tement disparu Le sucre est dissous dans l eau Le ph nom ne s appelle dissolution et le m lange obtenu est une solution Le corps dissous ici le sucre est appel solut l eau est le solvant On appelle concentration la quantit d une substance dissoute solut dans un litre de solution La concentration s exprime en g l ou mol l Ces unit s s crivent aussi sous la forme g l et mol l Ajoutons encore un morceau de sucre la solution puis un troisi me un quatri me Tant qu il y a dis solution du sucre la concentration de sucre dans la solution augmente Mais on constate bient t qu une nouvelle quantit de sucre ne se dissout plus la solution est satur e La concentration d une solution satur e exprime la solubilit du corps consid r Chauffons la solution satur e une nouvelle quantit de sucre peut se dissoudre La solubilit du sucre augmente donc avec la temp rature Au contraire en se refroidissant la solution abandonne en partie le corps dissous Des cristaux de sucre sont reform s dans le fond du m lange C est la cristallisation Pour que la cristallisation puisse avo
69. oint 2 1 5 page 51 1 Allumez le r chaud ou le camping gaz 2 Faites une petite boucle avec le fil de fer et plongez cette boucle dans l eau 3 Passez la la flamme afin de d barrasser le fer de ses impuret s 4 Plongez la boucle dans l eau et ensuite dans le sel Qu observez vous 5 bt sentes la boucle dans la flamme le sel br le Quelle est la couleur de la flamme DR he ete T en 6 Faites galement une boucle avec le fil de cuivre et passez la la flamme Quelle est la couleur de la flamme Pour comprendre ces comportements il faut d abord admettre que avant d tre mis dans la flamme les atomes du m tal se trouvent dans un tat stable appel l tat fondamental Dans cet tat les lectrons poss dent une nergie cin tique suffisante pour leur permettre de r sister l attraction exerc e par le noyau Cependant d s que le m tal est fortement chauff l nergie calorifique re ue par ses atomes insuffi sante pour perturber leur noyau est absorb e par certains lectrons 4 L nergie cin tique est une nergie de mouvement Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D ss Ces lectrons poss dent d s lors plus d nergie que dans l tat fondamental ils sont dits excit s ce qui signifie qu ils sont pass s du niveau d nergie fondamental un niveau d nergie sup rieur nergie tat excit
70. ombre de protons et donc m me nombre atomique Z qui diff rent par leur nombre de neutrons et donc par leur nombre de masse Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie C2D La mol cule est un assemblage ordonn d un nombre limit d atomes li s les uns aux autres Elle est repr sent e par une formule qui indique la nature des atomes symboles et leur nombre indices 2 Ow 2 2 2 5 Un ion est un atome ou un groupe d atomes qui porte une ou plusieurs charge s lectrique s unitaire s positive s ou n gative s Un cation est un atome ou un groupe d atomes qui porte une ou plusieurs charge s positive s Un anion est un atome ou un groupe d atomes qui porte une ou plusieurs charge s n gative s Un lectrolyte est un compos qui se dissout dans l eau en se dissociant en ions ce qui permet la solution form e de conduire le courant lectrique La masse atomique d un l ment m est la moyenne des masses des diff rents isotopes pond r e selon leur abondance relative dans l l ment l tat naturel Elle s exprime en u sachant que lu 1 661 10 kg La masse atomique relative A d un atome est le rapport entre la masse de cet atome et le dou zi me de la masse de l atome de carbone 12 choisie comme masse talon La masse atomique relative est un nombre pur La masse mol culaire m est la somme des masses atomiques des a
71. ompl mentaires 1 Si un atome d oxyg ne gagne deux lectrons formera t il un ion positif ou un ion n gatif 2 Calculez la masse atomique relative moyenne moyenne isotopique de l l ment magn sium sachant qu il est compos des isotopes suivants Mg 78 99 m 23 985 u Mg 10 00 m 24 986 u Mg 11 01 m 25 983 u 4 Compl tez les tableaux suivants 4 1 Atome Symbole Nombre de protons Nombre d lectrons Masse atomique relative phosphore potassium brome bore 4 2 Formule Composition de la mol cule Masse mol culaire Masse molaire H S HSO Fe OH Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie C2D 4 4 Corrig des activit s compl mentaires 1 4 1 4 2 Un atome est neutre et un lectron est une particule charg e n gativement Donc lorsqu un atome gagne deux lectrons il devient un ion n gatif c est dire un anion Lorsque l atome d oxyg ne gagne 2 lectrons il devient l anion oxyde O La masse atomique relative du magn sium est la somme des masses des trois isotopes chacune pon d r e en fonction de son abondance propre m 78 99 10 x 23 985 10 00 10 x 24 986 11 01 10 x 25 983 24 305 u C est la valeur que l on trouve dans la case de l l ment magn sium du tableau p riodique Une mole de propane a une masse de 3 x 12 011 8 x 1 008 44 097 g 44 1
72. ontr le E Consignes de travail Votre le on tant termin e voici votre test d autocontr le Il vous permettra de faire le point sur vos connaissances Il comprend quatre questions sur les notions que vous devez ma triser sans difficult pour aborder la suite du cours Nous esp rons vous voir atteindre le maximum R fl chissez avant d arr ter votre choix et vitez surtout de r pondre au hasard ce test est destin vous aider en vous permettant une auto valuation et non vous juger ou vous noter Si vous n obtenez pas toutes les bonnes r ponses r solvez vos probl mes de connaissances et de com pr hension en vous aidant du corrig et du cours avant d aborder la suite Bon travail E Questionnaire 1 Donnez le nom de l atome qui a a 8 protons Aisne b 12 lectrons 2 Donnez le nom et le symbole des l ments poss dant la r partition lectronique suivante a 2 8 8 D MS seccnpsiesro retis symbole Essen b 2 8 8 2 DOME sodes nas sni taei symbole diner c 2 8 18 5 HOM sekiin symbole cs nssreeatiann 3 Quelle est selon le mod le de Bohr la r partition des lectrons par couche de l atome de chlore 4 Quelle est la composition de l isotope de l iode I employ pour la d tection des troubles de la glande thyro de Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D 5e 2 4 2 Corrig comment du T A
73. orrecte est la proposition b Une mole de NaCl p se 22 990 35 453 58 443 58 4 g donc 0 1 mole p se 5 84 g La proposition correcte est la proposition a L tat solide est caract ris par une grande coh sion En effet on peut tenir en main un objet solide car toutes les parties du solide sont li es entre elles Les liquides ne peuvent pas tre saisis entre les doigts car ils s coulent Les gaz ne peuvent pas non plus tre saisis entre les doigts Les liquides et les gaz sont des fluides La proposition correcte est la proposition c Dans les gaz les particules sont anim es de mouvements rapides et d sordonn s Entre deux chocs cons cutifs les mol cules d crivent des trajectoires rectilignes tout se passe comme si elles rebondissaient sur la paroi du r cipient qui les contient Cette image m canique de l agitation gazeuse explique l expansibilit et la diffusibilit des gaz ainsi que la possibilit des gaz Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D m me plus lourds que l air de diffuser int gralement travers un orifice de la paroi du r cipient qui les contient 10 La proposition correcte est la proposition a L nergie thermique fournie pendant le changement d tat est utilis e pour rompre les liens entre les particules il en r sulte que la temp rature reste constante pendant la dur e du changement d tat 4 3 Activit s c
74. ortement des particules permet d expliquer les observations pr c dentes Donc les liquides n ont pas de forme propre car plac es dans un r cipient les particules se r pandent et pousent ainsi la forme des parois en pr sentant une surface libre plane et horizontale sont fluides en raison de la faible attraction entre les particules sont incompressibles en raison de l impossibilit de rapprocher davantage les particules Nous retiendrons toutefois une caract ristique commune le liquide et le solide sont des tats condens s de la mati re Il s ensuit une masse volumique du m me ordre de grandeur par exemple lors du passage de l tat solide l tat liquide la masse volumique p du cuivre passe de 8960 7940 kg m celle du soufre passe de 2070 1819 kg m et celle de la glace de 915 kg m 1000 kg m une compressibilit tr s faible parce que les forces de r pulsion augmentent tr s fortement lorsqu on veut diminuer le volume propre des particules La glace est un solide exceptionnel puisqu elle est plus l g re que le liquide correspondant l eau Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie C2D O tat gazeux Fermons l orifice d une pompe bicyclette et poussons le piston il s enfonce facilement L air est tr s compressible Laissons une bouteille de parfum ouverte le parfum diffuse dans l air il est
75. p riodique le nombre de couches d lectrons entou rant le noyau et le nombre d lectrons par couche Par exemple pour l aluminium nombre atomique gt 13 su 5 2 r partition des lectrons en s Al oo le chimi 3 couches autour du noyau A masse atomique relative 26 982 Z Activit 3 corrig au point 2 2 2 page 56 Selon le mod le de Bohr quelle est la r partition des lectrons par couche dans l atome de potassium Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chine D 2 2 2 Corrig des activit s Activit 1 Composition d un atome de phosphore 31 qui a pour symbole P ou P car Z 15 et A 31 Nombre d lectrons 15 Nombre de nucl ons 31 Nombre de protons 15 Nombre de neutrons 31 15 16 Activit 2 a Les cristaux de sel s accrochent au fil b La couleur jaune vif vous indique que vous tes en pr sence de sodium le sel de cuisine contient du sodium c Vous constaterez une couleur bleu vert Activit 3 L atome de potassium symbole K a le nombre atomique Z 19 Sur la case 19 du tableau p riodique vous voyez que les 19 lectrons d un atome de cet l ment sont r partis de la mani re suivante couche K 2 lectrons couche L 8 lectrons couche M 8 lectrons couche N 1 lectron Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 4
76. ple une mol cule de chlorure d hydrog ne est compos e d un atome d hydrog ne et d un atome de chlore Sa formule est HCI atome d hydrog ne ze atome de chlore b le nombre d atomes de chaque esp ce Chaque symbole sera suivi d un indice pr cisant le nombre d atomes de ce type contenus dans la mo l cule L indice s crit en bas droite du symbole Par exemple la mol cule d eau repr sent e ci dessus est compos e de deux atomes d hydrog ne indice 2 et d un atome d oxyg ne l indice 1 ne s crit pas Sa formule est H O De la m me mani re la mol cule de gaz carbonique est compos e d un atome de carbone et de deux atomes d oxyg ne indice 2 Sa formule est CO Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D Autre exemple l ammoniac est un gaz dont la mol cule est compos e d un atome d azote l indice 1 ne s crit pas et de trois atomes d hydrog ne indice 3 Sa formule est NH Certaines mol cules peuvent contenir plusieurs fois un m me groupe d atomes associ s Dans ce cas on crit le groupe d atomes entre des parenth ses que l on affecte de l indice pr vu Par exemple la mol cule d hydroxyde de cuivre Il est constitu e d un atome de cuivre et de deux groupes OH Sa formule est Cu OH Citons galement la mol cule d ur e qui est compos e d un atome d oxyg ne d
77. position a correspond la sublimation la proposition b correspond la fusion la proposition c n exprime rien de pr cis 11 La proposition correcte est la proposition b La proposition a correspond la fusion 12 La proposition correcte est la proposition c La concentration d une solution s exprime en mol l ou en g l la masse d une mole correspond la masse mol culaire exprim e en grammes pour calculer une masse mol culaire on additionne les masses atomiques des atomes qui constituent la mol cule Ainsi pour NaCl les masses atomiques sont 22 990 u et 35 453 u une mole de NaCl p se 58 4 g valeur arrondie Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique
78. r a le gain de 2 protons b le gain de 2 lectrons c la perte de 2 lectrons d la perte de 2 neutrons 5 La masse mol culaire de l acide sulfureux H SO est a 82 b 82 kg c 82 g d 82 u 6 Dans l criture Hg la grandeur repr sent e par 200 est a le nombre atomique b le nombre de masse c le nombre d lectrons d le nombre de neutrons 7 Les particules charg es n gativement ayant une masse de 9 1 10 kg sont des a lectrons b protons c neutrons d ions 8 Dans 32 g d oxyg ne O il y a a 32 moles d oxyg ne b 32 mol cules d oxyg ne c 1 mole d oxyg ne d 6 022 10 moles d oxyg ne 9 L l ment As est caract ris par la r partition des lectrons en couches a K 2 L M 3 b K 2 L 8 M 18 N 6 c K 2 L 8 M 8 d K 2 L 8 M 18 N 5 Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 06 Chine D 10 La d finition correcte de la dissolution est a le passage direct de l tat solide l tat gazeux b le passage de l tat solide l tat liquide une temp rature d termin e c l addition d un solide un liquide d la dispersion d un solut dans un solvant 11 La d finition correcte de la liqu faction est a le passage direct de l tat solide l tat liquide b le passage direct de l tat gazeux l tat liquide c le passage de l tat solide l tat gazeux en passant par l tat liq
79. rmation physique 2 1 3 Plan de la le on E Propri t s g n rales des tats de la mati re E Changements d tat E Autres transformations physiques 2 1 4 Pr requis de la le on Dans cette le on nous utiliserons la notion de masse volumique Il est peut tre utile d en rappeler la signification e la masse volumique d un corps est la masse de l unit de volume de ce corps e la masse volumique symbole p est exprim e dans le syst me international SI en kilogramme par m tre cube kg m Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D Gs Exemple la masse volumique du nickel est de 9000 kg m cela signifie que 1 m de nickel a une masse de 9000 kg La masse volumique est parfois exprim e en g cm ou en kg dm Exemple p Ni 9 g cm 9 kg dm Un autre rappel de la physique concerne le mouvement des particules dans un solide En effet pour la bonne compr hension de la le on sur les changements d tat nous devrons tenir compte du fait que les particules sont anim es de mouvements de vibration de faible amplitude autour de leur position moyenne L nergie contenue dans ces vibrations n est pas n cessairement la m me pour toutes les particules 2 1 5 Activit s Au cours de la le on vous serez invit r pondre des questions ou compl ter un texte avec le mot exact Ces exercices vous seront signal s par le logo
80. rrig au point 2 2 2 page 42 Calculez la masse mol culaire relative de HSO sulfate d hydrog ne OO sinon Al OH hydroxyde aluminium sn tmennunta nent ennien Fe oO Oxvde d GEO OO assainissement O La mole Si vous buvez un verre d eau ou si vous prenez un comprim d aspirine vous utilisez des quantit s dites macroscopiques c est dire des quantit s que vous pouvez voir et peser Pouvez vous imaginer le nombre d atomes ou de mol cules que vous utilisez Calculons par exemple le nombre de mol cules d eau contenues dans un verre d une capacit de 200 ml ou 0 200 dm d eau Comme la masse volumique de l eau vaut 1 kg dm le verre contient 200 g d eau Une mol cule d eau a une masse de 18 015 u c est dire 18 015 x 1 661 10 7 29 92 10 77 kg Le nombre de mol cules contenues dans les 200 g 0 200 kg d eau est 0 200 39 92 10 6 684 10 mol cules Vous vous rendez compte que les quantit s que nous utilisons habituellement mettent en jeu un nombre tr s lev de particules atomes mol cules ou ions Pour viter de manipuler de trop grands nombres lorsque nous mesurons les quantit s de mati re im pliqu es dans des r actions il a t n cessaire de d finir une nouvelle unit de mesure de la quantit de mati re Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie CD En chimie cette unit de mesure de la quantit de m
81. s les bonnes r ponses r solvez vos probl mes de connaissances et de com pr hension en vous aidant du corrig et du cours avant d aborder la suite Bon travail E Questionnaire 1 Dans l tat gazeux les liens entre les particules sont a forts b faibles c inexistants 2 Les boules de naphtaline utilis es pour chasser les mites des garde robes se transforment lentement par a sublimation b vaporation c combustion 3 L tat de la mati re qui ne correspond pas la notion de fluide s appelle a solide b liquide C gaz 4 L affirmation les particules sont tr s espac es par rapport leurs dimensions correspond l tat a solide b liquide C gazeux Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 22 Chimic D 5 Du linge mouill qui flotte au vent s che rapidement Ce ph nom ne est d une a bullition b vaporation c sublimation L nergie thermique fournie avant la fusion sert a chauffer le solide b chauffer le liquide c rompre les liens entre les particules La vaporisation lente d un liquide dans une atmosph re gazeuse est une a bullition b vaporation c sublimation Une boite d engrais indique le mode d emploi suivant mettre une cuill re soupe par litre d eau On dira alors que l engrais a a r agi avec l eau b s est dissous dans l eau c a fondu dans l eau Obser
82. s v rifiable pour les couches O P Q car ces couches ne sont jamais compl tes dans les l ments naturels ou artificiels Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie C2D 4 valuation de la s rie 4 1 Test d autocontr le E Consignes de travail Votre s rie tant termin e voici votre test d autocontr le Il vous permettra de faire le point sur vos connaissances Il comprend dix questions sur les notions que vous devez ma triser sans difficult pour aborder la suite du cours Nous esp rons vous voir atteindre le maximum R fl chissez avant d arr ter votre choix et vitez surtout de r pondre au hasard ce test est destin vous aider en vous permettant une auto valuation et non vous juger ou vous noter Si vous n obtenez pas toutes les bonnes r ponses r solvez vos probl mes de connaissances et de com pr hension en vous aidant du corrig et du cours avant d aborder la suite Bon travail E Questionnaire 1 La masse atomique du fer Fe est a 55 847 b 55 847 u c 55 847 g 2 Lion F ala m me structure lectronique que a atome Ne b l atome F c Patome Ar 3 Parmi les caract ristiques suivantes nombre de protons nombre de neutrons nombre d lectrons quelles sont celles qui sont identiques pour 2 isotopes d un m me l ment a le nombre d lectrons et le nombre de neutrons b le nombre de protons et le nombre d
83. signifie m me emplacement O Comme nous le verrons ult rieurement tous les l ments sont class s dans un tableau construit logiquement par valeurs croissantes des nombres atomiques Z Les isotopes d un l ment occupent la m me position dans ce tableau La composition isotopique de l l ment Z 1 l hydrog ne est noyau 1 proton sans neutron 99 985 symbolis par H noyau 1 proton 1 neutron 0 015 symbolis par 5H noyau 1 proton 2 neutrons 10 symbolis par 1H Chacun des isotopes est caract ris par le nombre de nucl ons pr sents dans le noyau appel nombre de masse et symbolis par la lettre nombre de masse nombre de protons nombre de neutrons nombre de nucl ons On conna t actuellement quelque 115 l ments dont 90 sont trouv s dans la nature La plupart des l ments sont constitu s d un m lange d isotopes Pour les l ments les plus l gers jusque Z 20 environ et sauf dans le cas particulier de l hydrog ne le nombre de nucl ons A est voisin du double du nombre de protons c est dire que le nombre de neutrons le nombre de protons Pour les l ments plus lourds le nombre de neutrons est plus lev que le nombre de protons ce que les physiciens th oriciens expliquent par la n cessit de cimenter des particules qui ont une tendance spontan e s carter les unes des autres par r pulsion lectrique de charges de m me signe conten
84. st destin vous aider en vous permettant une auto valuation et non vous juger ou vous noter Si vous n obtenez pas toutes les bonnes r ponses r solvez vos probl mes de connaissances et de com pr hension en vous aidant du corrig et du cours avant d aborder la suite Bon travail E Questionnaire 1 Quelle est la proposition dans laquelle tous les symboles sont crits correctement a Ac Nb ag b F Te Bi c Ce Cad Co d FR Rh Al 2 Enlever 3e un atome poss dant 13 protons a est possible mais 3 protons vont quitter le noyau b donne l ion Al c donne l ion AI d n est pas possible 3 Sur le tableau p riodique vous trouvez 50 Sn Sn symbole de l tain 118 71 La grandeur repr sent e par 50 est a le nombre atomique b le nombre de masse c le nombre de neutrons d la masse atomique relative Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chine D 4 La masse mol culaire relative de Na CO vaut a 52 b 95 c 106 d 130 La masse du proton vaut 1 673 10 g Exprim e en kg cette masse vaut a 1673 10 kg b 1 673 102 kg c 1 673 10 7 kg d 1673 10 kg Ecrivez la formule du corps compos de a 1 atome d hydrog ne 1 atome d azote 3 atomes d oxyg ne e ssesssseesese b 2 atomes de sodium 1 atome de soufre 4 atomes d oxyg ne ss ssessseseesee c 1 atome d aluminium et 3 groupes
85. st la formation de cristaux du solut apr s vaporation du solvant et pas le passage de l tat liquide l tat solide d un corps pur Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique ED Gr Chimie C2D 406 des activit s r 2 2 2 Corr Activit 1 ig Dans un gaz les distances entre les particules sont tr s grandes par rapport au diam tre des particules Qv en r sulte t 1l une masse volumique tr s faible elle est environ mille fois plus petite que celle de l tat condens une compressibilit tr s grande En effet puisqu il y a de nombreux vides la compression ne fait pas intervenir les dimensions des particules mais les normes vides entre les particules Dans les gaz les particules sont anim es de mouvements rapides et d sordonn s Entre deux chocs t des trajectoires rectilignes tout se passe comme si elles re bondissaient sur la paroi du r cipient qui les contient Cette image m canique de l agitation gazeuse explique l expansibilit et la diffusibilit des gaz ainsi que la possibilit des gaz m me plus lourds que Pair de diffuser int gralement travers un orifice de la paroi du r cipient qui les contient tifs les mol cules d criven r consecu H CCR EN BTS La H FERETTI naaa ET TT LOC ENE EPLELT 8 ELEI TEE T BARS A O O 1
86. telles que Na et CI Rappelez vous que les atomes sont lectriquement neutres car dans un atome la somme des charges positives la somme des charges n gatives le nombre de protons du noyau le nombre d lectrons du nuage Au cours des ph nom nes de chimie non nucl aire la composition des noyaux n est jamais modifi e et le nombre de protons de chaque atome reste inchang m me lorsqu il est porteur d une charge lectri que et prend le nom d ion C est donc le nombre d lectrons qui diff re entre un ion porteur d une charge et l atome neutre correspondant atome de sodium Na ion sodium Na atome de chlore CI ion chlorure CI Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D ss Exemples L atome de sodium Na est compos de 11 protons et 11 lectrons charges positives charges n gatives 11 11 gt L ion Na porteur d une charge positive contient 1 lectron en moins il est compos de 11 protons et 10 lectrons 11 4 10 Il a donc 1 charge positive en exc s On dit qu il est charg 1 fois positivement L atome de calcium Ca est compos de 20 protons et 20 lectrons 20 20 L ion Ca porteur de 2 charges positives contient 2 lectrons en moins il est compos de 20 protons et 18 lectrons 20 18 Il a donc 2 charges positives en exc s On dit qu il est charg 2 fois positivement L atome de
87. tomes constitutifs d une mo l cule Comme la masse atomique la masse mol culaire s exprime en u La masse mol culaire relative M d une mol cule est le rapport entre la masse de cette mol cule et le douzi me de la masse de l atome de carbone 12 choisie comme masse talon La masse mo l culaire relative est un nombre pur La mole est la quantit de mati re qui contient autant de particules de cette mati re qu il y a d atomes dans 12 g de carbone 12 Ce nombre appel nombre d Avogadro vaut 6 022 10 Une mole de n importe quel ensemble de particules atomes mol cules ions lectrons contient toujours le m me nombre de particules c est dire 6 022 10 La masse molaire M d une particule mol cule atome ion est la masse qui contient 6 022 10 exemplaires de cette particule La masse molaire s exprime en g mol Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D as 2 4 valuation de la le on 2 4 1 Test d autocontr le E Consignes de travail Votre le on tant termin e voici votre test d autocontr le Il vous permettra de faire le point sur vos connaissances Il comprend neuf questions sur les notions que vous devez ma triser sans difficult pour aborder la suite du cours Nous esp rons vous voir atteindre le maximum R fl chissez avant d arr ter votre choix et vitez surtout de r pondre au hasard ce test e
88. ues dans le noyau Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D 2 O Symboles chimiques Pour la facilit de l criture on repr sente un l ment chimique ou bien un atome de cet l ment par un symbole Ce sera soit la premi re lettre de son nom fran ais le plus souvent hydrog ne H carbone C oxyg ne O fluor F soit deux lettres de son nom fer Fe cuivre Cu zinc Zn magn sium Mg soit une ou deux lettres tir es de son nom latin grec allemand azote N nitrogenium sodium Na natrium potassium K kalium mercure Hg hydrargyrum Par convention la premi re lettre est crite en majuscule caract re d imprimerie et la deuxi me lettre en minuscule caract re normal Les symboles chimiques sont universels ils sont les m mes pour tous les scientifiques Par exemple Ca d signera toujours l l ment calcium ou un atome de calcium pour le chimiste pour le physicien pour le biologiste qu il soit allemand belge chinois japonais ou russe 8 E Activit 2 corrig au point 2 2 2 page 41 Soit l isotope 1K de l l ment potassium Dans un atome de cet isotope IV A asie protons neutrons et lectrons Tous les isotopes d un l ment donn portent le nom de cet l ment et sont caract ris s par un nombre de masse sp cifique Ainsi pour le carbone naturel on conna t trois isotopes 12
89. uide d la dispersion d un solut dans un solvant 12 Pour obtenir 1 litre de solution sal e 1 mol l avec du sel de cuisine NaCD la quantit de sel utiliser est a 28 g b 28 kg c 58 4 g d 58 4 kg Cochez l alternative correcte sur la grille suivante et recopiez soigneusement ce choix sur la feuille de devoir renvoyer PEAD D a ele e 7 s Celle 2 Ie A s a e Lel Lel a0ininin AeA I eI LA fa w a o Le La 2 DIDIAIE u a e e fs LIBIET TS 1 a e Le fs N W EN un Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D Compl tez ce formulaire ALOY FERRER D PT ROME annales ocean nil e denr es Adresse Rue Code postal 0 000 Localite RE Re ER Re A N d inscription EAD sosie Num ro du professeur sister Le pr c dent devoir corrig mest parvenu SSL usnenimtmesndanteneleinuisnennines Ce devoir est envoy ee nine ec ete on neo Reportez vos r ponses sur cette feuille Avez vous agraf en page 1 la feuille dit e par le Service et reprenant vos adresse et code barres Avez vous tenu compte des remarques indiqu es sur le devoir pr c dent Ce devoir est arriv chez votre professeur le issu srnisnsnesenterntainenssstiiesanenenslesnesndins Devoir de la s rie 2 Cochez l alternative correcte a e Lel fs z Lal l Le fe eA s Lel l L Lal Be fa gt eel le 2 BIDIOIE w a
90. urait d crire Ag argent La proposition c est fausse car Cad poss de 3 lettres On aurait d crire Cd cadmium La proposition d est fausse car FR est constitu de 2 lettres majuscules On aurait d crire Fr francium La proposition correcte est la proposition b Une perte d lectrons cr e un ion positif jamais un ion n gatif La proposition a est fausse car un noyau n est pas modifi dans les transformations chimiques La proposition correcte est la proposition a 50 est le nombre atomique Z 50 Le nombre de masse et par cons quent le nombre de neutrons ne sont pas donn s La masse atomique relative vaut 118 71 La proposition correcte est la proposition c La masse mol culaire relative de Na CO se calcule comme ceci 2 x 22 990 1 x 12 011 3 x 15 999 105 988 106 La proposition a correspond la combinaison des nombres atomiques au lieu des masses molaires La proposition correcte est la proposition c La masse du proton vaut 1 673 10 g ou 1 673 10 kg 1 g 10 kg a HNO et non HN30 b Na SO et non 2NaS40 Le nombre d atomes d une esp ce pr sents dans une mol cule se renseigne par un indice qui s crit en bas droite du symbole c AI OH et non Al03H3 ni A130H Certaines mol cules peuvent contenir plusieurs fois un m me groupe d atomes associ s Dans ce cas on crit le groupe d atomes entre des parenth ses que l on affecte de l indice pr vu
91. us renverrez votre version d finitive sur la feuille pr vue cet effet Il vous suffit de cocher la case appropri e N oubliez pas de joindre la feuille avec le code barres Attention Il vous faut au moins 10 bonnes r ponses pour r ussir ce devoir REMARQUES SUR LA MANI RE DE R PONDRE AUX QUESTIONS DU DEVOIR Pour toutes les questions pos es plusieurs r ponses vous sont propos es UNE SEULE est correcte C est vous de choisir et de cocher la lettre correspondant la bonne r ponse comme vous l avez d j fait pour le devoir pr c dent Bon travail E Questionnaire 1 Z est le nombre atomique de l l ment chimique Parmi les propositions suivantes la seule qui ne convient pas est a Z repr sente le nombre de protons du noyau de l atome b Z repr sente le nombre d lectrons de l atome de cet l ment c Z repr sente le nombre de neutrons du noyau de l atome d Z repr sente le num ro d ordre de l l ment chimique dans la classification p riodique 2 Lorsque la glace fond la temp rature du syst me eau glace a augmente b diminue c ne change pas d augmente reste constante puis augmente encore Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chimie C2D 3 Dans lion S gt ilya a 16 protons et 18 lectrons b 18 protons et 16 lectrons c 14 protons et 16 lectrons d 16 protons et 14 lectrons 4 L ion Ca est form pa
92. ut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D Gaa 2 3 Synth se de la le on La divisibilit de la mati re est limit e L atome est la plus petite entit de mati re qui se conserve au cours d un ph nom ne chimique L atome est constitu d un noyau form de protons et de neutrons d un nuage lectronique form d lectrons gravitant grande distance autour du noyau lt neutron lectron Chaque proton p porte une charge positive alors que les neutrons n sont lectriquement neu tres Le noyau est donc charg d lectricit positive Chaque lectron e porte une charge n gative L atome contient autant de protons que d lec trons il est lectriquement neutre La masse des lectrons tant n gligeable devant la masse des protons et des neutrons la masse de l atome est essentiellement concentr e dans le noyau Nombres caract ristiques de l atome Z et A Z est le nombre num ro atomique c est dire le nombre de protons et donc le nombre d lec trons dans l atome A est le nombre de masse c est dire le nombre de nucl ons protons neutrons formant le noyau Un l ment chimique est l ensemble des atomes qui ont le m me nombre atomique Z nombre de os TX symbole de l l ment nombre atomique gt L atome d un l ment est repr sent par un symbole Les isotopes sont des atomes d un m me l ment m me symbole m me n
93. vez les courbes de temp rature relev es lors du chauffage de deux substances solides prises la m me temp rature chauff es par la m me source de chaleur pendant le m me laps de temps La proposition correcte est a la temp rature de la substance 1 s l ve plus lentement que celle de la substance 2 b le point de fusion de la substance 1 est plus lev que celui de la substance 2 c le point d bullition de la substance 1 est plus lev que celui de la substance 2 100 80 l 60 2 temp rature C 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 temps min Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique 406 Chimie C2D 62 2 4 2 Corrig comment du T A C 1 La proposition correcte est la proposition c Dans les gaz les particules sont tr s espac es par rapport leurs dimensions ne s attirent pratique ment pas entre elles et s agitent au hasard dans tous les sens La proposition correcte est la proposition a Il s agit du passage de l tat solide l tat gazeux La proposition correcte est la proposition a Les solides peuvent tre saisis entre les doigts ce ne sont pas des fluides La proposition correcte est la proposition c Dans les gaz les particules sont tr s loign es les unes des autres La proposition correcte est la proposition b L vaporation est le passage lent de l tat liquide l tat vapeur L eau s chappe du lin
94. y trouvent ne sont pas sous forme mol culaire neutre mais sous forme ionique En pr sence d eau certaines mol cules se dissocient en ions Cette tiquette d eau min rale nous rensei gne sur les diff rents ions qui sont dissous dans l eau Vous observez galement qu il y a des ions porteurs d une ou plusieurs charges positives et d autres porteurs d une ou plusieurs charges n gatives Activit 5 a Un atome de zinc a perdu deux lectrons la nouvelle particule form e est un ion positif c est dire un cation La formule de cet ion s crit Zn Le nombre atomique Z de l l ment Zn vaut 30 L ion Zn contient donc 30 2 28 lectrons b Un atome de fluor a gagn un lectron la nouvelle particule form e est un ion n gatif c est dire un anion La formule de cet ion s crit F Il contient 9 1 10 lectrons Enseignement distance Minist re de la Communaut fran aise de Belgique Chine D Activit 6 Nat 1 Cr 1 NaCl Ca 2 Cr 1 CaCl AP 3 Cr 1 AICL Activit 7 Pour C m 6 x 1 673 10 7 x 1 675 10 6 x 9 409 10 2 176 10 kg On peut n gliger la masse des lectrons Activit 8 Calcul de la masse mol culaire HNO 1 008 14 007 3 x 15 999 63 012 u valeur arrondie 63 u Ca OH 40 078 2 15 999 1 008 74 092 u valeur arrondie 74 1 u Activit 9 Calcul de la masse mol culaire relative HSO sulfate d hydrog n

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