L’EAU POTABLE – LA DÉFORESTATION – L’ÉNERGIE – LES CHANGEMENTS CLIMATIQUESLA PRODUCTION ALIMENTAIRE - LES MATIÈRES RÉSIDUELLES

UNIVERS MATÉRIELChapitre 1 : L’atome et les éléments

Partie A : L’atome 1. Qu’est-ce que l’atome?

1.1 Le modèle atomique de Dalton1.2 Le modèle atomique de Thomson

L’électron1.3 Le modèle atomique de Rutherford

Le noyau atomique et le proton1.4 Le modèle atomique de Rutherford-Bohr1.5 Le modèle atomique simplifié

Le neutron

Partie B : Les éléments 2. La classification périodique des éléments

2.1 Les métaux, les non-métaux et les métalloïdes2.2 Les familles du tableau périodique2.3 Les périodes du tableau périodique

La périodicité des propriétés2.4 Le numéro atomique2.5 La masse atomique relative

Le nombre de masse2.6 Les isotopes

3. La représentation des atomes3.1 La notation de Lewis3.2 La représentation de l’atome selon le modèle atomique de Rutherford-Bohr3.3 La représentation de l’atome selon le modèle atomique simplifié3.4 Le modèle atomique « boules et bâtonnets »

4. La notion de mole4.1 La masse molaire4.2 Le nombre d’Avogadro

STE

POUR CHACUN DES CHAPITRES, TU DOIS FAIRE TOUTES LES PAGES DU CAHIER D’ACTIVITÉS « OBSERVATOIRE 4 ST-STE»

Observatoire 4, 3e

éditionCahier d’activités

Progression des apprentissages au secondaire2e année du 2e cycle

Chapitre 1 : L’atome et les éléments

CONTENU

L’atome et les modèles atomiques

pp. 1 à 4

C. Organisation1. Structure de la matièreh. Modèle atomique de Rutherford-BohrST i. Décrire le modèle atomique de Rutherford-BohrST ii. Représenter des atomes à l’aide du modèle de Rutherford-Bohri. NeutronSTE i. Décrire la position et la charge électrique du neutron dans un atomej. Modèle atomique simplifiéSTE i. Représenter un atome d’un élément donné à l’aide du modèle atomique

simplifiéLe tableau périodique

pp. 5 à 10

C. Organisation1. Structure de la matièreg. Groupes (familles) et périodesST i. Situer les groupes (familles) et les périodes dans le tableau périodiqueST ii. Décrire des caractéristiques communes aux éléments d’un même groupe (ex. :

nombre d’électrons de valence, réactivité chimique)ST iii. Associer le nombre de couches électroniques d’un élément au numéro de la

période à laquelle il appartient2. Classification périodiquea. Numéro atomiqueSTE i. Associer le numéro atomique d’un élément au nombre de protons qu’il possèdeb. IsotopesSTE i. Définir les isotopes comme étant des atomes d’un élément dont les noyaux

possèdent des nombres de neutrons différents, donc des masses atomiques différentes

STE ii. Définir un isotope radioactif comme étant un isotope dont le noyau atomique est instable

c. Masse atomique relativeSTE i. Expliquer qualitativement le concept de masse atomique relatived. Périodicité des propriétésSTE i. Décrire la périodicité de certaines propriétés des éléments (ex. : réactivité

chimique, rayon atomique, électronégativité)La représentation des atomes

pp. 11 à 13

C. Organisation1. Structure de la matièreh. Modèle atomique de Rutherford-BohrST i. Décrire le modèle atomique de Rutherford-BohrST ii. Représenter des atomes à l’aide du modèle de Rutherford-Bohrj. Modèle atomique simplifiéSTE i. Représenter un atome d’un élément donné à l’aide du modèle atomique

simplifiék. Notation de LewisST i. Déterminer le nombre d’électrons de valence d’un élémentST ii. Représenter des atomes à l’aide de la notation de Lewis

La notion de mole

pp. 14 à 17

C. Organisation1. Structure de la matièren. Notion de moleSTE i. Définir la mole comme étant l’unité de mesure de la quantité de matièreSTE ii. Exprimer en mole une quantité de matièreo. Nombre d’AvogadroSTE i. Exprimer une quantité de particules à l’aide du nombre d’Avogadro

pp. 18 à 24 Bilan du chapitre 1

Verdict - Devoirs- Diagnostic- Mini test – Examen(s)

1. Qu’est-ce que l’atome?

QU’EST-CE QU’UN MODÈLE EN SCIENCE ?

Définition d’un MODÈLE :

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

Attention ! MODÈLE N’EST PAS LA VÉRITÉ ABSOLUE .

Un modèle doit être MODIFIÉ

AMÉLIORÉ

voire même ABANDONNÉ, S’il n’arrive plus à

_________________________________________________

_________________________________________________

Trois qualités d’un bon modèle :

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

L’histoire du modèle atomique s’échelonne sur plus de 2000 ans. Elle débute dans la GRÈCE de

l’ANTIQUITÉ, grâce à des PHILOSOPHES. En voici deux qui ont changé le cours de l’histoire…

ARISTOTE DÉMOCRITE

384-322 av. J.-C. 460-370 av. J.-C.

LES DÉBUTS DU MODÈLE ATOMIQUE : DEUX VISIONS S’AFFRONTENT

ARISTOTE(384-322 av.J.-C.)

DÉMOCRITE(460-370 av. J.-C.)

Nom du modèle

______________________________ _________________________________

Principes de base

La matière est continue, donc il n’y a AUCUN _______

La matière peut être DIVISÉE EN PLUS PETIT MORCEAU À L’INFINI

Il existe _______ éléments qui ont deux propriétés chacun.

Feu – Chaud et sec

Air – Chaud et Humide

Eau – Humide et froid

Terre – Froid et sec

La matière est constituée de petites particules INDIVISIBLES nommées ______________________________________________________________________________

Il y a du _____________ entre les atomes Si l’on divise la matière à répétition en

morceaux de plus en plus petit, on finit par se buter à l’atome qui est INDIVISBLE.

Les quatre éléments sont faits d’atomes différents

Comment expliquent-ils les phénomènes naturels

Les transformations de la matière s’expliquent par les combinaisons des quatre éléments et de leurs propriétés.

Les _____________________________ sont responsables des interactions entre les éléments.

Ex. Bois est principalement constitué de l’élément terre car il est solide et l’arbre pousse dans le sol. Il contient aussi les 3 autres éléments car lorsqu’on le brûle, de la fumée (air), de la vapeur (eau) et des flammes (feu) s’en dégagent.

Les transformations de la matière s’expliquent par les combinaisons des atomes

Les dieux et les démons n’ont rien à voir dans les interactions entre atomes.

Notes historiques : La théorie __________________________ était très logique et facile à comprendre alors que celle de Démocrite repose sur une particule ____________________________ jamais observée par personne. La force du modèle d’Aristote était telle que celui-ci demeura incontesté pendant plus de 2000 ans. C’est ce modèle qui fut adopté par l’église___________________________________.

Définissons maintenant l’atome :

Un Atome est la … __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Un atome est très petit. Voici quelques comparaisons pour s’en faire une idée :

Une feuille de papier a une épaisseur d’environ _____________________________________________________________;

Une goutte d’eau peut contenir __________________________milliards de milliards d’atomes;

1.1 Le modèle atomique de Dalton

PLUS DE DEUX MILLÉNAIRES PLUS TARD… JOHN DALTON (1766-1844)

Date JOHN DALTON - 1808Nom du modèle

THÉORIE ATOMIQUE (MODÈLE DES SPHÈRES)Principes de

base 1. LA MATIÈRE EST COMPOSÉE DE _____________________________

EXTRÊMEMENT ___________________ ET INDIVISIBLES APPELÉES "_________________________________________"

2. TOUS LES ATOMES D'UN MÊME __________________ SONT IDENTIQUES QUANT À LEUR ___________________, LEUR __________, LEUR ____________________________________.

3. LES ATOMES D'UN ÉLÉMENT SONT ______________________ DE CEUX D'UN AUTRE ____________________________.

4. LES ATOMES D'ÉLÉMENTS _________________________ PEUVENT SE COMBINER POUR FORMER DES "___________________" SELON DES PROPORTIONS _____________________________.EX. : EAU EST FAIT DE 2 HYDROGÈNE ET D’UYN OXYGÈNE (H2O)

5. LES RÉACTIONS CHIMIQUES ENTRÂINENT LA FORMATION DE ____________________________ SANS POUR AUTANT QUE LES ATOMES SOIENT __________________________.

C + O2 CO2

Dessins :

Faiblesses

du modèle

(ce pourquoi

on doit

l’améliorer)

Notes historiques : John Dalton a été surnommé le ____________________________________________ En 1794, il présente un article donnant la première description du _______________

maladie dont il souffre lui-même

1.2 Le modèle atomique de Thomson

DÉCOUVERTE D’UNE PREMIÈRE PARTICULE PLUS PETITE QUE L’ATOME : L’ÉLECTRONDécouvreur et date

J.J. THOMSON - 1897 (DÉCOUVREUR DE L'ÉLECTRON)

Nom du modèle

PLUM PUDDINGPrincipes de base 1. IL EXISTE DES _______________ DE MATIÈRE PLUS PETITES QUE

L'ATOME ET CHARGÉE _______________________. CE SONT LES ÉLECTRONS

2. L'ATOME EST UNE ________________ UNIFORMÉMENT __________________________________, DANS LAQUELLE LES _________________________________ SONT RÉPARTIS COMME DES________________________ DANS UN GÂTEAU.

3. CHAQUE ÉLÉMENT POSSÈDE UN NOMBRE DÉTERMINÉ D'_____________________________.

Dessins

Faiblesses du modèle(ce pourquoi on doit l’améliorer)

1. N'EXPLIQUE PAS LA _________________ NOUVELLEMENT DÉCOUVERTE2. N'EXPLIQUE PAS LES _________________________ PROPRES À CHAQUE

SUBSTANCE3. PRÉSENCE DES ________________________________ NON PROUVÉES.

Notes historiques :- Avant Thomson on connaissait le comportement de charges électriques Identiques (_ _______________ ) Différentes (___________________________)

- Comment a-t-il découvert l’électron ? Grâce au TUBE À RAYONS CATHODIQUES

Conclusions tirées de cette expérience :

1- Les rayons sont faits de particules chargées négativement que Thomson nomme ÉLECTRONS.

2- Ces électrons ont une masse très petite.

1.3 Le modèle atomique de RutherfordEXPÉRIENCE DE LA FEUILLE D’OR : DÉCOUVERTE DU NOYAU DE L’ATOME

Découvreur

et date

ERNEST RUTHERFORD - 1911

(DÉCOUVREUR DU NOYAU ET DU PROTON)

Nom du modèle

MODÈLE PLANÉTAIRE

Principes de base

1. _________________________________________________________________

2._________________________________________________________________

3._________________________________________________________________

4. _________________________________________________________________

DESSIN :

ATOME DE CARBONE (C)

Faiblesses du modèle(ce pourquoi on doit l’améliorer)

1.

2.

3.N'EXPLIQUE PAS COMMENT IL SE FAIT QUE LES PROTONS NE SE REPOUSSENT PAS DANS LE NOYN'EXPLIQUE PAS COMMENT IL SE FAIT QUE LES ÉLECTRONS NE VIENNENT PAS S'ÉCRASER SUR LE NOYAU (4) LES PHÉNOMÈNES LUMINEUX

Notes historiques :- Comment a-t-il découvert le noyau ? EXPÉRIENCE DE LA FEUILLE D’OR-

Conclusions tirées de cette expérience :

1- L’atome est surtout fait de vide puisque la presque totalité des particules alpha passent tout droit

2- Le noyau, tout petit au centre, est positif car il repousse les particules alpha qui passe à proximité

1.4 Le modèle atomique de Rutherford-BohrLES ATOMES EXCITÉS ÉMMETTENT UNE LUMIÈRE CARACTÉRISTIQUE : UN AJOUT AU MODÈLE S’IMPOSE (modèle atomique de Rutherford-Bohr)

Découvreur

et date

NEILS BOHR - 1913(DÉCOUVREUR DES NIVEAUX D'ÉNERGIE)

Nom du modèle

MODÈLE DE RUTHERFORD-BOHR

Principes de base

1.

2.

3.

FAIBLESSE:

Notes historiques :

- Comment a-t-il découvert les niveaux d’énergie ? Grâce à la SPECTROSCOPIE

Lorsqu’on excite les atomes d’un élément, ceux-ci émettent une lumière caractéristique. On décompose cette lumière avec un spectroscope et on obtient des RAIES SPECTRALES propres à chaque élément.

Schéma d’un spectroscope :

Spectre de l’hydrogène :

1932 - James Chadwick ___________________________________________________________

Le neutron est une particule aussi lourde qu’un proton et qui n’a pas de charge électrique. Sa présence dans le noyau explique pourquoi les protons ne se repoussent pas (cohésion du noyau).

Absorption et émission de photons

Lorsqu’un photon est absorbé par un atome, il lui transmet son énergie : l’un des électrons de l’atome peut alors sauter de son état initial d’énergie à un état d’énergie supérieur. On dit dans ce cas que l’atome est excité.

Si l’électron de l’atome excité retombe dans un état d’énergie inférieur, l’atome peut convertir ce gain d’énergie en émettant à nouveau un photon.

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Na11

1.5 A. LE MODÈLE ATOMIQUE RUTHERFORD-BOHR (ST) :Voici le modèle que nous allons utiliser pour le reste de

l’année Exemple : Atome d’oxygène

<<<

N.B. Il existe en réalité des sous-couches (subdivisions) à partir de la 3e couche. Pour les éléments dont le nombre d’électrons est supérieur à 18, la règle 2n 2 comporte des exceptions en raison de ces sous-couches. POTASSIUM 19K : )2é )8é )8é )1é CALCIUM 20Ca : )2é )8é )8é )2é

Nombre maximal d’électrons par couche = 2 n2 où n est le numéro de la couche

n(no de la couche)

Nombre max

d’électron1 22 83 184 325 506 727 98

8 ONombre Z :

________________________________________________________________

Na23

11

POUR CONNAÎTRE LE NOMBRE DE NEUTRONS :A – Z = nb de neutronsEx : 23-11 = 12 neutrons

1.5 LE MODÈLE ATOMIQUE RUTHERFORD-BOHR SIMPLIFIÉ

(STE)Voici le modèle que nous allons utiliser pour le reste de l’année 

Exemple : Atome de SODIUM

N.B. Il existe en réalité des sous-couches (subdivisions) à partir de la 3e couche. Pour les éléments dont le nombre d’électrons est supérieur à 18, la règle 2n 2 comporte des exceptions en raison de ces sous-couches.

POTASSIUM 19K : )2é )8é )8é )1é

CALCIUM 20Ca : )2é )8é )8é )2é

Nombre Z :

__________________________________________________________

Nombre A :

__________________________________________________________

Nombre maximal d’électrons par couche = 2 n2

où n est le numéro de la couche

n(no de la couche)

Nombre max

d’électron1 22 83 184 325 506 727 98

En résumé

L’atome est surtout fait de vide L’atome possède en son centre un noyau très dense qui

renferme un certain nombre de protons (positifs) et de neutrons (sans charge électrique)

La masse de l'atome se résume à la masse du noyau (protons + neutrons)

Les électrons (négatifs) tournent autour du noyau sur des orbites circulaires qui ne sont pas n’importe où autour du noyau mais bien à des endroits spécifiques et qui correspondent à des niveaux d’énergie (aussi appelés "couches électroniques")

Voici un tableau récapitulatif des particules qui composent l'atome

Particules Symbole Charge électrique

Masse(g)

Masse relative(u)

DANS LE NOYAU

PROTON p+ +1 1,673 x 10-24 1

NEUTRON no 0 1,675 x 10-24 1AUTOUR

DU NOYAU

ÉLECTRON e -1 9,109 x 10-28 négligeable

Les électrons de VALENCE: __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

MODÈLE ATOMIQUE RUTHERFORD-BOHR SIMPLIFIÉ DE QUELQUES ÉLÉMENTS