⚗ Chimie Troisième · Chapitre 1

L'atome et les ions

Structure de l'atome, charges électriques et formation des ions.

1. Structure de l'atome

Définition

Un atome est constitué :

  • d'un noyau central, chargé positivement, contenant les protons (charge $+$) et les neutrons (neutres) ;
  • d'électrons (charge $-$) en mouvement autour du noyau.

Propriété · Neutralité

Un atome est électriquement neutre : il contient autant de protons que d'électrons. Ce nombre est le numéro atomique $Z$.

Propriété · Structure lacunaire

Le noyau est environ $100\,000$ fois plus petit que l'atome : l'atome est essentiellement constitué de vide.

? proton (+)? neutron? électron (?)carbone : Z = 66 protons, 6 électrons(noyau agrandi, pas à l'échelle)
Modèle de l'atome de carbone : un noyau de 6 protons et 6 neutrons, entouré de 6 électrons.

2. Les ions

Définition · Ion

Un ion est un atome (ou un groupe d'atomes) qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.

  • Perte d'électrons $\rightarrow$ ion positif (cation) : $\text{Na}^+$, $\text{Cu}^{2+}$, $\text{Fe}^{3+}$.
  • Gain d'électrons $\rightarrow$ ion négatif (anion) : $\text{Cl}^-$, $\text{O}^{2-}$.

Exemple

L'atome de cuivre ($Z = 29$) perd 2 électrons : l'ion $\text{Cu}^{2+}$ possède 29 protons et 27 électrons.

Propriété · Solutions ioniques

Une solution ionique est électriquement neutre et conduit le courant, contrairement à l'eau pure.

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Exercices corrigés

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1

Composition d'un atome

★☆☆

L'atome d'oxygène a pour numéro atomique $Z = 8$. Combien a-t-il de protons et d'électrons ?

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2

Composition d'un ion

★★☆

L'atome d'aluminium ($Z = 13$) forme l'ion $\text{Al}^{3+}$. Combien cet ion a-t-il de protons et d'électrons ?

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3

Ion chlorure

★★☆

L'ion chlorure $\text{Cl}^-$ possède 18 électrons. Quel est le numéro atomique du chlore ?

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4

Charges

★☆☆

Quelle est la charge électrique d'un proton ? d'un électron ? d'un neutron ?

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5

Atome de sodium

★☆☆

L'atome de sodium a $11$ électrons. Quel est son numéro atomique ? Combien a-t-il de protons ?

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6

Ion sodium

★★☆

L'atome de sodium ($Z = 11$) perd un électron. Écrire la formule de l'ion obtenu et donner sa composition.

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7

Ion oxyde

★★☆

L'atome d'oxygène ($Z = 8$) gagne deux électrons. Formule et composition de l'ion ?

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8

Cation ou anion ?

★☆☆

Classer en cations et anions : $\text{Cu}^{2+}$, $\text{Cl}^-$, $\text{Fe}^{3+}$, $\text{SO}_4^{2-}$, $\text{H}^+$, $\text{HO}^-$.

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9

Retrouver la charge

★★☆

Un ion possède $26$ protons et $24$ électrons. Quelle est sa charge ? De quel élément s'agit-il ($Z_\text{Fe} = 26$) ?

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10

Taille de l'atome

★★★

Un atome mesure $10^{-10}$ m et son noyau $10^{-15}$ m. Si le noyau était une bille de $1$ cm, quelle serait la taille de l'atome ?

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11

Masse de l'atome

★★☆

La masse d'un électron est environ $2\,000$ fois plus petite que celle d'un proton. Où est concentrée la masse de l'atome ?

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12

Neutralité d'une solution

★★☆

Une solution contient des ions $\text{Cu}^{2+}$ et $\text{Cl}^-$. Pourquoi y a-t-il deux fois plus d'ions chlorure ?

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13

Conduction

★★☆

Pourquoi l'eau salée conduit-elle le courant alors que l'eau sucrée ne le conduit pas ?

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14

Métaux et électrons

★★★

Dans un fil de cuivre, quelles particules se déplacent pour former le courant électrique ?

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15

Composition d'un ion polyatomique

★★★

L'ion sulfate $\text{SO}_4^{2-}$ est formé d'atomes. Combien a-t-il d'atomes ? A-t-il gagné ou perdu des électrons ?

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16

Nucléons

★★☆

Le noyau de l'atome de carbone contient $6$ protons et $6$ neutrons. Combien de nucléons ?

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17

Z et élément

★☆☆

Qu'est-ce qui caractérise un élément chimique : son nombre de protons, de neutrons ou d'électrons ?

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18

Un ion du cuivre

★★☆

L'ion $\text{Cu}^{2+}$ a $27$ électrons. Combien l'atome de cuivre a-t-il de protons ?

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19

Électrisation par frottement

★★★

En frottant un ballon sur ses cheveux, le ballon se charge négativement. Que s'est-il passé à l'échelle atomique ?

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20

Modèle historique

★★☆

L'expérience de Rutherford (1911) : la plupart des particules traversent une feuille d'or sans être déviées. Que peut-on en conclure ?

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21

Vrai ou faux

★★☆

a) Un ion négatif a perdu des électrons. b) Les électrons sont dans le noyau. c) Deux atomes d'un même élément ont le même nombre de protons.

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