Chapitre 5 : l’ élément chimique

Cours écrit

I) Qu’est ce qu’un élément chimique ? 1

1) les isotopes 

2) l’élément chimique

3) Conservation de l’élément chimique 2

II) règles de stabilité des éléments 2

1) Règles du duet et de l’octet 

2) formation d’ions 3

3) pourquoi les gaz nobles sont-ils stables chimiquement ? 

 

Cours en vidéo

 

Le cours entier

 

I-1 les isotopes

exemple d’isotopes

I-2 l’élément chimique

exemple d’élément chimique

I-3 conservation de l’élément chimique

exemple de conservation de l’élément chimique

 

II-1 règles du duet et de l’octet

exemple : règles du duet et de l’octet

 

II-2 pourquoi les atomes forment-ils des ions ?

 

II-3 pourquoi les gaz nobles sont-ils stables ?

exemple de gaz nobles

 

I) Qu’est ce qu’un élément chimique ?

1) les isotopes : vidéo

Animation : tableaux des isotopes

Les atomes ayant le même nombre de protons mais des nombres de neutrons différents sont des isotopes. Des atomes isotopes ont les mêmes propriétés chimiques.

 

De nombreux atomes possèdent plusieurs isotopes naturels. Chaque isotope est présent dans des proportions connues, dépendant de l’atome considéré.

 

Exemple :  il existe 3 isotopes du carbone : les carbones 12 (12 nucléons)  ; 13 (13 nucléons) et 14 (14 nucléons) de formules respectives :


Ces 3 atomes ont même nombre de protons ,6, mais un nombre de nucléon donc de neutron différent.

Le diamant, constitué uniquement d’atomes de carbone, ne contient que l’isotope 12 (98,9%) et le 13 (1,1%).

Le carbone 14, présent dans les animaux et les végétaux permet de dater les objets anciens réalisés à partir de matériaux vivants (bois, tissus …). Dater un échantillon au carbone 14 consiste à mesurer la teneur en carbone 14 actuelle et de la comparer à celle qu’il avait lors de sa formation. On suppose pour cela que la teneur en carbone 14 est restée constante au cours des 40 000 dernières années. Cette technique permet de dater le « passé » jusqu’aux environs de 45 000 ans avant J.C.

2) l’élément chimique vidéo

On donne le nom d’élément chimique à l’ensemble des entités chimiques (atomes, isotopes ou ions) caractérisées par le même nombre Z de protons dans leur noyau. Les éléments chimiques sont représentés par leur symbole chimique.

 

Exemples : les 3 espèces chimiques ion cuivre, atome de cuivre 63 et atome de cuivre 65 ont pour formule respective :

 

 

 

 

 

 

 

Ces 3 espèces chimiques font partie du même élément chimique cuivre car elles ont toutes le même nombre de proton Z = 29 ; par contre ces espèces chimiques ne sont pas identiques car elles n’ont pas la même composition en nombre de neutrons ou d’électrons.

3) Conservation de l’élément chimique

Lors d’une transformation chimique, tous les éléments chimiques présents avant la transformation sont aussi présents après, et réciproquement. On dit qu’il y a conservation des éléments chimiques lors d’une transformation.

 

Exemple : la réaction entre le métal fer et le dioxygène à pour équation chimique :

Fe + O2 ---> Fe2O3

Les éléments chimiques présents dans les réactifs sont : l’élément chimique fer, Fe, et l’élément chimique oxygène O

les éléments chimiques présents dans les produits sont également l’élément chimique fer et l’élément chimique oxygène. Aucun nouvel élément chimique a été créé au cours de la réaction.

II) règles de stabilité des éléments

1) Règles du duet et de l’octet vidéo

Rappel : structure électronique des gaz rares inertes chimiquement et présent dans la nature sous forme monoatomique

Helium (He)  (K)2 ; 

Néon (Ne) (K)2 (L)8  ;

Argon (Ar)  (K)2 (L)8 (M)8

Les atomes appartenant aux différents éléments chimiques tendent à gagner en stabilité au cours de réactions chimiques. Les règles de stabilité sont les suivantes :

1) Les éléments de numéro atomique proche de celui de l’hélium adoptent la structure électronique (K)2. Ils ont alors deux électrons sur leur couche externe. C’est la règle du « duet ».

2) Les autres éléments de numéros atomiques inférieurs à 21 adoptent la structure électronique du néon ou de l’argon. Ils portent donc 8 électrons sur leur couche externe. C’est la règle de l’octet.

2) formation d’ions

Au cours des réactions chimiques certains atomes vont perdre ou gagner des électrons pour répondre aux règles de stabilité électronique. Ils se transforment en cations s’ils perdent des électrons, et en anions lorsqu’ils en gagnent.

 

Exemple : 

1) un atome de chlore possède 17 électrons. Sa structure électronique est (K)2(L)8(M)7. Pour obtenir une structure électronique stable (règle de l’octet) il va gagner un électron et se transformer en l’anion chlorure de formule Cl-. L’anion Cl-  possède 18 électrons.

La structure électronique de Cl- est (K)2(L)8(M)8

 

2) l’atome de lithium  Li possède 3 électrons. Sa structure électronique est (K)2(L)1. Pour obtenir une structure électronique stable (règle du duet) il va  perdre un électron et se transformer en cation lithium de formule Li+. Le cation Li+  possède 2 électrons.

La structure électronique de Li+ est (K)2

3) pourquoi les gaz nobles sont-ils stables chimiquement ? vidéo

Les gaz nobles ou rares correspondent aux éléments chimiques hélium, néon, argon, krypton, xénon et radon.

Ces éléments sont chimiquement stables ou inertes c’est-à-dire qu’ils ne participent pas à des réactions chimiques. En effet leur structure électronique répond aux règles du duet et de l’octet.

Ils existent naturellement sous forme d’atomes isolés et on ne les rencontre ni sous forme d’ions ni dans des molécules.

 

Structure électronique des 3 premiers gaz nobles :

Helium (He)  (K)2 ; 

Néon (Ne) (K)2 (L)8  ;

Argon (Ar)  (K)2 (L)8 (M)8

 

vu (cours ou TP)

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Compétences attendues : ce que je dois savoir (connaissances simples à apprendre : ♥) ou savoir faire.

En italique : vu en général en TP

Commentaire éventuel (rajouté par l’élève) :

Mon évaluation :

 

SA17

Je connais et je sais appliquer les règles du « duet » et de l’octet pour rendre compte des charges des ions monoatomiques usuels.