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Module 2
Les atomes et les éléments
Qu’est-ce qu’est la chimie?
• Sciences qui étudient les propriétés, la composition, les structures et les transformations de la matière.
Quelle est l’utilité de la chimie ?
La chimie présente un double intérêt : 1. Scientifique: contribue largement à notre
connaissance et notre compréhension des mécanismes et des lois de la nature. Ex: la fonctionnement du cerveau
2. Pratique: apporte des réponses au besoin de l’homme. Ex: dans le domaine de la santé (les médicaments)
Applications de la chimie et l’importance du rôle qu’elle joue dans notre vie quotidienne.
Domaine Produits
Santé Médicaments, anesthésiques, contraceptifs ...
Matériaux Céramiques, matières plastiques, papiers ...
Agriculture Insecticides, pesticides, engrais ...
Énergie Essences, gaz …
Divers Peintures - colles - colorants - savons - explosifs - parfums - cosmétiques ....
La matière: • C’est tout ce qui a une masse
et qui occupe de l’espace.
• Exemples: une chaise, un arbre, un humain, de l’eau, de l’air etc.
La matière est faite d’atomes.
• L’atome, c’est la plus petite unité de matière qui peut participer à un changement chimique.
De quoi est fait la matière?
Théorie particulaire de la
matière
1. Toute la matière est faite de particules très petites.
2. Chaque substance pure possède ses propres particules.
3. Les particules sont attirées les unes vers les autres.
4. Les particules sont toujours en mouvement.
5. Plus la température est élevée, plus les particules bougent vite.
Classification de la matière
1.L’état: solide, liquide et gazeux. 2.La composition: Mélanges: homogène(solution)
et hétérogène, alliage. Substances pures: éléments,
composés.
Tu pourrais classer la matière selon :
1. La matière selon l’état Les 3 états de la matière
Solide Liquide Gaz
Activité – Classifier la
matière selon l’état
Classer ces matières selon leur état
Chaise Dioxyde de carbone
Crayon Shampooing
Jus de pomme Barre de savon
Banane Glace
Craie de tableau Jell-O
Pupitre Sucre
Eau Ordinateur
Feuille de papier Fer
Oxygène Lait
Chandelle Boisson gazeuse
2. La matière selon sa composition:
Atomes
Éléments
Molécules
Composé
Substances pures
Solutions
Homogènes Hétérogènes
Mélanges
Matière
Un mélange • Est constitué d’au moins deux
types de particules (2 substances pures différentes) qui ne sont pas liées chimiquement.
• Ex: De l’eau salée H2O + NaCl
Un mélange peut être hétérogène ou homogène.
• C’est un mélange hétérogène si on distingue les constituants.
Ex: soupe, pain aux raisins etc.)
• C’est un mélange homogène ( solution ) si on ne peut pas distinguer les constituants.
• C’est composé d’un soluté (au moins un) et d’un solvant mélangés de façon uniforme.
Ex: sel + eau= eau salé soluté + solvant = solution
• Ex: eau du robinet, air etc.
Un soluté: substance qui se dissout dans le solvant.(généralement en plus petite quantité)
Un solvant: substance qui dissout
le soluté.(généralement en plus grande quantité)
Type particulier de solution Un alliage : mélange d’un type de
métal avec un ou plusieurs autres métaux ou non-métaux.
Ex: un bijou en or (10 K) Mélange de Cuivre + or
Indique s’il s’agit d’un mélange homogène ou hétérogène
jus de pomme pizza café avec crème huile et essence boisson alcoolisée eau et sable terre
soupe aux légumes boisson gazeuse jell-o vinaigre eau et sucre vinaigre et huile
Une substance pure 1. Formée d'un seul type ou
groupe de particules. • Ex. : or, eau, cuivre,
hélium,NaCl.
Exemples de substances pures
• Une feuille d’aluminium ne contient que des particules d’aluminium.
• Le sucre ne contient que des particules de sucre.
Un élément:
• c’est un type de substance pure qu’il est impossible de décomposer en partie plus simple par des moyens chimiques ordinaires.
Exemples: le fer (Fe), le carbone (C) ou l’oxygène
(O).
magnésium
Composés:
Les composés sont des substances pures formées de deux ou plusieurs atomes liés chimiquement.
Ex: l'eau (H2O), le sel (NaCl) et
l'acide chlorhydrique (HCl)..
Type particulier de composé une molécule
• Assemblage de plusieurs atomes maintenus ensembles par des liaisons chimiques covalentes.
molécule d’eau
Assemblage de molécules d’eau
Structure de la glace
Molécule d’eau
Molécule de sucre
Molécule d’ADN
PS – Un élément peut être un composé s’il est formé d’au moins deux atomes. Ex. O2,P5
Composés communs
Nom du
composé
Formule
moléculaire
Éléments
présents
Atomes de
chaque
élément
Eau H2O Hydrogène
Oxygène
2 atomes de H
1 atomes de O
Dioxyde de
carbone
CO2
Travail
Changement de la matière
1. Changement chimique
La modification de la matière au cours de laquelle au moins une nouvelle substance ayant de nouvelles propriétés se forme.
Indices de changement chimique
- création de nouvelles substances. - particules de départ changent. - difficile d’inverser le changement.
Exemple de changement chimique
formation d’un précipité Il ne faut pas confondre avec
laisser se déposer une substance qui est dissoute dans une solution.
Exemple de changement chimique
Une allumette brûle, le bois se transforme en charbon (carbone graphite)
La corrosion ( la rouille )
Exemple de changement chimique
Pourquoi certains objets rouillent-ils?
À la température ordinaire, le fer se combine à l'oxygène de l'air pour former de l'oxyde de fer.
En présence d'air humide, une plaque de fer se recouvre d'oxyde de fer hydraté.
C‘est le début de la rouille, poreuse et perméable à l'air et à l'humidité.
Les outils sont souvent faits d'aciers spéciaux, contenant du chrome et du nickel, métaux inaltérables.
2. Un changement physique
•La modification de la matière au cours de laquelle aucune nouvelle substance ne se forme.
Indices d’un changement physique
-aucune nouvelle substance ne se forme. ( les particules de départ ne changent pas)
-de nouvelles propriétés peuvent
apparaître mais elles sont temporaires. -le changement est réversible.
-les changements de forme (déformation, découpage, étirement,…)
-les changements de phase (évaporation, fusion, condensation) -les mélanges ( sel dans l’eau, l’alcool
dans l’eau, …)
Parmi les changements physiques on retrouve principalement:
Exemple de changement physique
• De la glace qui fond.
Aucune nouvelle substance
Suite…
• Si de la glace fond, elle change d'état (de l'état solide à l'état liquide) mais ne change pas de composition : il s'agit d'un changement physique.
Théorie particulaire vs
Théorie de Dalton
Théorie particulaire de la matière 1. Toute matière se compose de particules minuscules
2. Chaque substance pure a son propre type de particule, lesquelles se distinguent des particules d’autres substances pure.
3. Les particules s’attirent mutuellement
4. Les particules sont toujours en mouvement.
5. Les particules dont la température est plus élevée se déplacent plus vite en moyenne que les particules dont la température est plus basse.
Ce que la théorie permet d’expliquer • La théorie particulaire de la matière
explique pourquoi les substances pures sont toujours homogène : chaque substance pure contient son propre type de particules.
• Par contre, les mélanges contiennent au moins deux types de particules.
Théorie de Dalton
Lecture P. 183-186
1. Toute matière se compose de petites particules qu’on appelle des atomes.
2. Il est impossible de créer ou de détruire des atomes, ou encore de diviser des atomes en particules plus petites.
3. La masse et la taille de tous les atomes d’un même élément sont identiques, mais leur masse et leur taille sont différentes de la masse et de la taille des atomes des autres éléments.
4. Il se crée des composés quand les atomes de différents éléments se regroupent dans des proportions définies.
Propriété de la matière
• Lecture Omnisciences p.159, 164 et 165
Propriété
• Caractère particulier d’une substance.
• Toutes les matières ont des propriétés qui permettent leur identification.
1. Propriété physique
• C’est une propriété d’une substance qui peut changer sans créer de nouvelle substance.
• Ex: la masse volumique de l’eau change lorsqu’elle passe de l’état liquide à l’état gazeux.
PROPRIÉTÉS PHYSIQUES QUALITATIVES QUANTITATIVES
couleur point de fusion
texture point d’ébullition goût masse volumique
odeur viscosité état Conductivité
thermique ductilité solubilité
Tableau p.164
a) Propriété qualitative
•C’est une caractéristique qui décrit une qualité d’une substance.
•Non mesurable • (ex. : couleur, état, etc.).
b) Propriété quantitative
• C’est une caractéristique qui décrit une quantité associée à une substance.
• Mesurable • (ex. : point de fusion, longueur,
masse volumique, etc.).
Masse volumique • C’est la masse que contient le volume donné d’une substance (la masse volumique est égale à la masse divisé par le volume)
Masse volumique • La masse d’un objet divisé par son volume
• Chaque substance a sa propre masse volumique
• Calcul : ρ = m ρ : masse volumique (g/ml v ou kg/L)
m : masse (kg ou g)
v : volume (ml ou L)
• note : 1 g = 1 cm3 1 kg = 1 m3
2.Propriété chimique • Propriété qui sert à décrire le
comportement d’une substance lorsqu’elle prend part à une réaction chimique
• Ex: la réactivité d’une substance en présence de l’air ou de l’eau, la corrosion, la toxicité, la combustion
Tableau p.164
Le fer rouillé.
La corrosion
L’organisation des éléments
• Le tableau périodique regroupent les éléments qui ont des propriétés semblables.
Lien entre un élément et son symbole.
• Un symbole chimique est une abréviation du nom de l’élément. • Les noms et les symboles ont des origines différentes.
Formule chimique d’un composé
• La formule chimique est une combinaisons de symboles représentant une substance.
• Ex. Pour l’eau = H2O
Formule chimique (suite) • Chaque symbole représente un
élément. • S’il y a plus d’un atome de cet
élément, le symbole est suivi d’un chiffre plus bas.
• Un composé comporte toujours
plusieurs majuscules. Ex: NaCl, H2O
Propriétés des éléments
Métaux Métalloïdes Non-métaux
Les 3 catégories d'éléments
Groupe: Les colonne (verticale) du tableau périodique
Synonymes
Groupe = Famille = Colonne ( Vertical dans le tableau ) Il y a 18 groupes.
Familles chimiques Colonnes du tableau périodique
Métaux alcalins (métaux brillants,argentés et très réactifs)
Métaux alcalinoterreux Halogènes (les non-métaux les plus
réactifs) Gaz rares (gazeux & non réactifs)
Périodes: Les rangée (horizontale) du tableau périodique
Synonymes
Période = Rangée = Niveau ( Horizontal dans le tableau ) Il y a 7 périodes.
Explication de
l’atome
Explication
• Si on prend un morceau de fer et qu’on le divise en morceaux de plus en plus petits, il arrivera un moment où il ne sera plus possible de le diviser. Ce plus petit morceau de fer est l’atome de fer.
• Un atome de fer peut être divisé mais les morceaux qui restent ne sont plus du fer. On obtient un noyau et des électrons.
Notation atomique • Système universelle reconnu pour
connaître des renseignements sur un atome.
Exemple:
Cl 17
35
Nombre de masse
Symbole chimique
Numéro atomique
Composants de l’atome Le noyau est fait de: p+ et n° • Protons (p+): particules qui ont une
charge positive et une masse relative de 1; ils sont situés dans le noyau.
• Le nombre de protons caractérise l’atome.
Exemple: Si un atome a 1 seul proton
c’est un atome d’hydrogène et son numéro atomique est 1.
Neutrons (no): particules neutres qui ont une masse relative de 1; ils sont situés dans le noyau.
Pour trouver le nombre de neutrons dans un atome:
Le nombre de masse ou masse atomique représente le nombre
total de protons et de neutrons qui forment le noyau d’un atome.
Masse atomique Nombre de protons
Nombre de neutrons
• Électrons: particules qui ont une charge négative et une masse d’environ 1/ 2000 de la masse du proton ou du neutron.. (e-)
• Il y a toujours le même nombre
d’électrons et de protons dans un atome neutre.
• Couches électroniques ou orbites: endroit où les électrons circulent autour du noyau.
Suite...
L’atome grossit selon les dimensions d’un champs de
Football.
• Noyau = pois au centre du champs de football.
• Électrons = moustiques qui circulent.
Tableau comparatif des
particules subatomiques
Élément Symbole Numéro atomique
Aluminium Al 13
Nombre d'électrons Nombre de protons
13 13
Tableau comparatif des
particules subatomiques
Masse atomique Nombre de neutrons
27 14
Tableau comparatif des
particules subatomiques
Évolution du modèle atomique
• 1808 : John Dalton découvre que l’atome est la plus petite particule.
• 1909 : Joseph Thompson découvre que l’atome possède ses propres particules, les particules subatomiques :
Positive = protons (grande masse) Négative = électrons (petite masse) • Le nombre de protons et d’électrons est
égal, donc l’atome est neutre (ni positif, ni négatif)
Ernest Rutherford
• 1911 : Ernest Rutherford découvre le modèle nucléaire :
Les protons sont dans un noyau au centre.
Les électrons bougent tout autour du noyau.
Neils Bohr
• 1913 : Neils Bohr découvre que les électrons bougent autour du noyau en gardant toujours le même trajet. Il y a donc différentes couches autour du noyau (couches électroniques).
• 1ère couche = 2 électrons • 2ème couche = 8 électrons • 3ème couche = 8 électrons
Modèle de Bohr-Rutherford
On prend les idées de deux scientifiques pour appeler ce modèle : Le modèle de Bohr-Rutherford.
• La dernière couche qui possède des électrons est nommée la couche de valence. Le nombre d’électrons qu’elle possède nous indique comment va réagir cet élément.
• Aujourd’hui : On sait aussi qu’il existe une
troisième particule subatomique : les neutrons qui ne sont ni négatifs, ni positifs. Ils sont dans le noyau avec les protons.
3ecouche électronique
(8 e- max)
1èrecouche(2 e- max)
2ecouche (8 e- max)
Modèle de Bohr-Rutherford
Noyau
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