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

Les substances pures

•Éléments •Composés

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