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Sciences Physiques

Lycée Pierre André Chabanne

Module 2 : Structure et Formation des ions

Classe : 2nde bac pro

MODULE 2 : STRUCTURE ET FORMATION DES IONS

Partie A : les atomes Objectifs :  Connaître la composition de l’atome

Année 2012-2013

 Utilisation de la classification périodique des élèments  Connaître la règle de l’octet

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Module 2 : Structure et Formation des ions PARTIE A : LES ATOMES

I.

Investigations

Méthode : 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Je formule des hypothèses J’élabore un protocole expérimental Je fais valider par l’enseignant le protocole Je présente et j’interprète mes résultats Je valide ou je ne valide pas mes hypothèses Je réponds à la situation du problème

Activité 1 : Une personne suit un régime sans sel. Question : Quelle eau minérale peut-elle boire ?

Activité 2 : L’eau de javel est utilisée pour le nettoyage et la désinfection des locaux Questions : Quelle est sa composition chimique et pourquoi est-ce dangereux ?

II.

Les Atomes OBJECTIFS: Le courant électrique est constitué de particules appelés électrons. Comme ces particules sont chargées elles permettent au courant de circuler dans un circuit électrique. Par convention, le sens du courant part du pôle + et va vers le pôle - d’une pile. En fait c’est le sens inverse de circulation des électrons :

L’objectif de ce chapitre est donc de connaître les plus petites particules qui nous entourent (en particulier les électrons) et surtout de relier cette notion d’électrons à la notion d’atomes puis à celle de molécules.

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1. Notion importante Les particules constituant la matière sont toutes formées à partir d’atomes. Exemple :

La différence entre 1 personne et 1 objet : un être humain est différent d’une gomme car les atomes qui composent ces 2 atomes sont différents. 2. Structure de l’atome et représentation géométrique Un atome est constitué de 2 parties : * Noyau: composé de protons (chargés positivement) et de neutrons (chargés négativement) * Cortège électronique composé d’électrons (chargés négativement) Remarque : Les électrons gravitent autour du noyau Comparaison entre un atome et le système solaire :

Dans un atome, il y a autant de charges positives que de charges négatives. Donc, dans un atome, il y a autant de protons que d’électrons. On dit alors qu’un atome est électriquement neutre. 3. Représentation simplifiée d’un atome : On appelle Z numéro atomique : Nombre de protons On appelle A nombre de masse : Nombre de protons et de neutrons 4. Exemples :

a. On considère l’atome de carbone : Z=6 et A=12. Donner le nombre de protons, neutrons et d’électrons Comme Z=6, il y a 6 protons dans le noyau Comme A=12, 12=6+N donc N=12-6=6, il y a 6 neutrons Comme un atome est électriquement neutre et comme il y a 6 protons alors l’atome de carbone a 6 électrons. b. On considère l’atome de Zinc : Z=30 et A=65. Donner le nombre de protons, neutrons et d’électrons Comme Z=30, il y a 30 protons dans le noyau Comme A=65, 65=30+N alors N=65-30=35, il y a 35 neutrons Comme un atome est électriquement neutre, il y a 30 protons donc il y a 30 électrons. 4. Caractéristiques intéressantes Quelques rappels concernant les tableaux de conversion des masses Pour mesurer la masse d’un objet, on utilise une balance et l’unité du système international est le kg : Page 3


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T

0

Kg

hg

dag

g

dg

cg

mg

4

8

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0,

2

0,

0

5

0

0

0

Une élève a une masse de 48 kg=48000000=4,8X107mg 0,2dag=0,000002T=2x10-6T 0,05g=5000mg=5x10-3T Un électron, un proton et un neutron sont des particules très petites 5. Symboles des principaux atomes et représentation symbolique Pour écrire plus rapidement les atomes utilisés, on utilise des symboles : Exemples : Hydrogène : H Carbone : C Oxygène : O Sodium : Na Fer : Fe Chlore : Cl Zinc : Zn Aluminium : Al Cuivre : Cu Remarque : Lorsqu’il n’y a qu’une seule lettre celle-ci est en majuscule Lorsqu’il y a 2 lettres, la 1ère est en majuscule et la 2ème est en minuscule. En plus de ce symbolisme, pour une lecture plus rapide, on place en haut à gauche le nombre de masse et en bas à gauche le numéro atomique Exemple : Le Sodium : Z=11 et A=23 On écrit 23

Na 11

6. Les isotopes Des atomes sont isotopes si leurs noyaux contiennent le même nombre de protons mais des nombres de neutrons différents Exemple : Les isotopes de l’hydrogène L’hydrogène a pour symbole H avec Z=1 et A=1 Il existe des isotopes à cet élément :

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particules

H

Z=1 et A=2

H Z=1 et A=3

protons

1

1

neutrons

2-1=1

3-1=2

électrons

1*

1*

* car un atome est électriquement neutre Expérience sur l’élément cuivre Dans un tube contenant une solution d’acide nitrique, on introduit un copeau de cuivre. Représentation de l’expérience Observations * la solution prend une couleur ………… caractéristique des ions cuivre II (Cu²+) * des vapeurs ………… (toxiques) se …………….. Conclusion :

Le ………….. s’est transformé en …………….. (Cu²+)

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ACTIVITES DOCUMENTAIRES

Matière continue ou discontinue ? Pour expliquer la matière, deux principales hypothèses se sont opposées durant plus de 2000 ans (depuis -400 Av JC). Deux philosophes grecs nous ont laissé des traces de ces débats qui animaient la société antique. La première hypothèse, propagée par Aristote, veut que la matière soit composée de 4 éléments : l’eau, le feu, l’air et la terre. Selon lui, tous ce qui nous entoure est une composition de ces quatre éléments initiaux. La matière est aussi selon lui indivisible à l’infini. Même avec le plus puissant des microscopes on ne pourrait pas distinguer des grains de matière… L’autre hypothèse, défendue par Démocrite, voulait qu’il y ait en toute matière des grains, ou atomes. Ceux-ci seraient séparés par du vide. C’est ce que l’on appelle la discontinuité de la matière. Un puissant microscope devrait voir un jour ces fameux atomes de matière. Aristote était un philosophe très réputé, ce que fît que sa théorie soit privilégiée pendant plus de 2000 ans. La théorie de la continuité de la matière avait gagné la première bataille. De nos jours, nous avons la solution à cette question. Cette solution se trouve juste au-dessus de nos têtes. A l’image des planètes et des constellations, la matière est constituée de grains, soit des minuscules boules de matière séparés par du vide. Ces particules sont appelées atomes. Cette conclusion est due aux expériences de scientifiques du XVIIIe, XIXe et XXe siècle. Newton, que l’on retrouvera souvent cette année, a été le premier à appliquer à ce monde minuscule les mêmes théories qu’il appliquait à l’astronomie.

I.

Le vide, c’est quoi.

Le vide, c’est … l’absence de matière. L’air qui nous entoure n’est pas du vide. Des atomes volent autour de nous. Ils sont à l’origine du son qui se propage par exemple. Le vide se créé facilement. L’expérience suivante le met en scène.

Expérience de la cloche à vide. Représente l’expérience de la cloche à vide et du réveil, et reporte les observations

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Réveil dans la cloche

Réveil dans la cloche sous vide

Nous voyons que le vide …………………………… la propagation du son.

II.

Quelle est la taille de ces atomes ? La taille d’un atome normal est de l’ordre du cent millionième de centimètre, taille dont il est assez difficile de se faire une représentation claire. Pour se donner une idée de ce que cela peut représenter comme dimension par rapport à des objets macroscopiques qui nous entourent, prenez par exemple une table de cuisine ordinaire. Imaginez que chaque atome qui compose cette table soit de la grosseur d’un grain de sable. À cette échelle de grossissement, la table aurait quelques 3500 Km de long, soit la distance entre Paris et Bagdad !

Questions : 1. Quelle est la première hypothèse ? ……………………………………….......................................................................................... .............................................................................................................................................................. 2. Quelle est la seconde hypothèse ? ……………………………………….......................................................................................... ..............................................................................................................................................................

3. Qu’est ce que le vide ? …………………………………………………………….…………………………… ………………………………………………………………………………………….

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Utilisation des TICE : Réalisation d’un diagramme circulaire

 

o o

L’objectif de cette séance est de créer un diagramme circulaire représentant la proportion des éléments présents dans la croûte terrestre. Mais pourquoi donc faire un diagramme circulaire ? Simplement pour ceci : Les données chiffrées sont plus facilement analysées lorsqu’elles sont présentées sous forme d’un histogramme, diagramme en barre, ou diagramme (semi-)circulaire Ce qu’il vous faut : -Le logiciel excel ou Openoffice Calc (donc un ordinateur aussi). -Le tableau suivant dûment complété. -Le logiciel word, ou openoffice Write, afin de rédiger votre compte rendu. Commençons : Lancer le logiciel Word, puis cliquer sur Fichier Nouveau. Une page blanche apparaît donc. Afin d’éviter de perdre votre travail, enregistrez dès à présent votre travail dans votre répertoire personnel. Pour ce faire, cliquer sur « enregistrer sous ». Votre fichier doit porter le nom « Ch3_diag_chimie_NOM.doc » .Cliquer sur enregistrer régulièrement ensuite, afin de sauvegarder votre travail tout au long de la progression. Commencez par indiquer votre NOM, Prénom, classe et groupe en haut de votre rapport. Sauvegarder ensuite. Recopier le tableau suivant, en prenant soin de compléter le nom complet de l’élément. Symbole de l’élément

Nom complet de l’élément O Si Al Fe Ca Na Mg Autres

% dans la croûte terrestre 47 28 8 4.5 3.5 2.5 2.2 4.3

 Lancer le logiciel Excel, puis cliquer sur Fichier Nouveau.  Cliquer sur « enregistrer sous ». Votre fichier doit porter le nom « Ch3_diag_chimie_NOM.xls » et être présent dans le même répertoire que le .doc précédent.  Dans les colonnes A et B du classeur Excel, effectuer la saisie des données. Enregistrer régulièrement votre travail encore une fois (c’est une TRES bonne habitude à prendre).  Sélectionner ensuite les colonnes A et B ; dans le menu Données, sélectionner Trier puis choisir % dans la croûte terrestre décroissant OK.  Sélectionner à nouveau le tableau. Dans le menu Insertion, choisir Graphique puis sélectionner Secteurs.  Cliquer sur suivant pour continuer, à nouveau sur Suivant, et dans l’étape 3, modifier le titre « Eléments de la croûte terrestre ». Dans l’onglet Etiquettes, cocher Nom de catégorie, et Valeur.  Cliquer sur suivant et dans l’étape 4, sélectionner Sur une nouvelle feuille. Cliquer sur Terminer.  Enregistrer enfin votre classeur Excel.  Faîtes une copie du diagramme (voir annexe Copier-Coller). Insérer le dans votre compte rendu sur Word.  Modifier la taille du graphique si nécessaire.

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Annexe : Le copier-coller Le copier coller s’utilise surtout dans les éditeurs de textes (logiciels de bureautique etc.). Il permet de copier un emplacement et de le coller sur un autre fichier. Comment copier ? -Sélectionner le texte à copier, ou l’image puis faire clique-droit Copier ou Control-C (raccourci clavier). -Eventuellement appuyer sur impr écran afin de faire une copie de l’écran en face de vous. Comment coller : -Control + V pour coller -Clique-droit de la souris puis Coller

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Lycée Pierre André Chabanne

Année 2012-2013 Seconde Bac pro

Travaux dirigés 1 : Partie A les atomes

Exercice 1 : Déterminer le nombre de protons, d’électrons et de neutrons des atomes suivants : 2814Si; 42He; 94Be; 5224Cr; 23892U

Exercice 2 :

Le fer sous forme pur ou d’alliages est le métal le plus utilisé dans l’industrie. Le symbole de l’atome de fer est :

1. Que représente les nombres 56 et 26 2. Combien de protons son noyau contient-il ? 3. Combien l’atomes de fer a-t-il d’électrons en mouvement autour de son noyau Exercice 3 :

Reproduire et compléter le table-dessous avec les groupes de mots suivants : Chargé positivement ; chargé négativement ; électriquement neutre Atome

Electron

Noyau

Proton

Neutron

Exercice 4 :

Compléter le tableau suivant avec les symboles ou les noms des éléments : Nom

Symbole

Aluminium

Nom

Symbole

fer

Nom

Symbole

Oxygène

Ag

H

N

Au

Plomb S

Exercice 5 :

Compléter les phrases suivantes : a) Un atome étant électriquement ……………...., le nombre de protons dans un atome est égal au nombre ………………. b) Le symbole d’un atome de chlore est Cl. Page 10


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17 est le ………………….. 35 est le ………………….. Le noyau de l’atome de chlore est constitué de …… particules dont …… protons et …… neutrons. Pour assurer la neutralité électrique, …… électrons gravitent autour du noyau de l’atome de chlore.

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