Fiche de révision : Atome, éléments et tableau périodique

📋 Plan du Cours

1. Modèles historiques de l’atome
2. Constitution et notation atomiques
3. Éléments et tableau périodique
4. Propriétés périodiques des éléments
5. Couches et orbitales électroniques
6. Configurations électroniques et valence
7. Configurations des groupes chimiques
8. Lien entre structure et propriétés

📖 1. Modèles historiques de l’atome

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle de Dalton : John Dalton, 1808 — Le modèle de Dalton représente l’atome comme une sphère dure constituant la matière, et affirme que les atomes d’un même élément sont identiques, notamment par leur masse.
• Modèle du plum pudding : Le modèle du plum pudding représente les électrons comme plongés dans une matrice de charge positive qui équilibre leur charge négative.

📝 Points essentiels

• J.J. Thomson a découvert l’électron grâce à l’étude des rayons cathodiques, dont la déflexion ne dépendait pas du matériau de la cathode. — Cathode Rays, 1897

• L’expérience de Rutherford a montré que la plupart des particules alpha traversent une mince feuille d’or sans déviation, tandis qu’une faible minorité est fortement déviée. — Ernest Rutherford

📌 L’expérience de Rutherford établit que l’atome est principalement vide et que sa charge positive est concentrée dans un noyau central.

💡 Astuce mémo

Dalton → Thomson → Rutherford : sphère → pudding → noyau

📖 2. Constitution et notation atomiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Proton : Le proton est une particule du noyau de masse approximative $1{,}67\times10^{-24}\ \mathrm{g}$ et de charge $+1{,}60\times10^{-19}\ \mathrm{C}$.
• Neutron : James Chadwick, 1934 — Le neutron est une particule neutre du noyau, de masse approximative $1{,}67\times10^{-24}\ \mathrm{g}$.
• Numéro atomique : Le numéro atomique $Z$ est le nombre de protons présents dans le noyau et correspond aussi au nombre d’électrons dans un atome neutre.
• Nombre de masse : Le nombre de masse $A$ est la somme du nombre de protons et du nombre de neutrons présents dans le noyau.

★ À maîtriser

📌 Deux isotopes d’un même élément ont le même numéro atomique $Z$ mais des nombres de masse $A$ différents à cause d’un nombre différent de neutrons.

Compléments

📐 Formule — Pour un atome ou un ion, le nombre de neutrons se calcule par $N=A-Z$.

💡 Astuce mémo

Noyau massif et positif, nuage électronique léger et négatif

📖 3. Éléments et tableau périodique

🔑 Notions clés & Définitions

• Élément chimique : Substance chimique élémentaire, pure et indissociable, désignée par un nom et un symbole international.

★ À maîtriser

• Le tableau périodique classe les éléments par numéro atomique croissant selon 18 colonnes appelées groupes et 7 lignes appelées périodes.

📌 Les métaux sont généralement brillants, malléables, bons conducteurs et ont tendance à former des ions positifs, tandis que les non-métaux conduisent mal et tendent à former des ions négatifs.

Compléments

📌 Un symbole chimique comporte une lettre majuscule, éventuellement suivie d’une lettre minuscule, et sa première lettre est toujours en majuscule. — Jöns Jacob Berzelius

• Le tableau périodique connaît 118 éléments, dont 92 possèdent au moins un isotope stable.

• Les métaux alcalins comprennent le lithium, le sodium, le potassium, le rubidium et le césium, et forment notamment des oxydes de formule $X_2O$ et des composés ioniques chlorés de formule $XCl$.

• Les halogènes cités sont:

  • fluor
  • chlore
  • brome
  • iode

📖 4. Propriétés périodiques des éléments

🔑 Notions clés & Définitions

• Rayon atomique : Le rayon atomique est la moitié de la distance séparant deux atomes non liés d’un même élément et s’exprime en picomètres, avec $1\ \mathrm{pm}=10^{-12}\ \mathrm{m}$.
• Première énergie d’ionisation : La première énergie d’ionisation est l’énergie nécessaire pour arracher l’électron le moins lié à un atome gazeux selon $X(g)\rightarrow X^+(g)+e^-(g)$.
• Affinité électronique : L’affinité électronique est l’énergie émise lorsqu’un atome gazeux capture un électron selon $X(g)+e^-\rightarrow X^-(g)$.

📝 Points essentiels

• L’énergie de seconde ionisation est généralement beaucoup plus élevée que l’énergie de première ionisation.

💡 Astuce mémo

Position dans le tableau → variation du rayon et des énergies électroniques

📖 5. Couches et orbitales électroniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Couche électronique : Une couche électronique est un niveau d’énergie quantifié caractérisé par le nombre quantique principal $n$.
• Orbitale : Une orbitale est une région de forte probabilité de présence d’un électron, caractérisée par les nombres quantiques n, l et m, et pouvant contenir au maximum deux électrons de spins opposés.

★ À maîtriser

• Les couches de nombres quantiques principaux 1, 2 et 3 peuvent contenir respectivement au maximum 2, 8 et 18 électrons.

• Les sous-couches possibles selon n sont:

  • n=1 : s
  • n=2 : s et p
  • n=3 : s, p et d
  • n=4 : s, p, d et f

Compléments

• Les sous-couches s, p, d et f possèdent respectivement 1, 3, 5 et 7 orbitales.

💡 Astuce mémo

Couche n → sous-couche s/p/d/f → orbitale → deux électrons maximum

📖 6. Configurations électroniques et valence

🔑 Notions clés & Définitions

• Configuration électronique : Donne l’ordre de remplissage des orbitales par les électrons selon une énergie croissante.

★ À maîtriser

• Pour établir une configuration électronique, on utilise le numéro atomique, on remplit les orbitales par énergie croissante et on vérifie que la somme des exposants vaut le nombre d’électrons.

Compléments

• La configuration électronique du lithium est $1s^2\ 2s^1$.

• La configuration électronique du sodium est $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^1$, et la somme des exposants vaut 11, son numéro atomique.

• La position d’un élément dans les blocs s et p du tableau périodique indique les électrons de plus haute énergie à remplir.

💡 Astuce mémo

Électrons de cœur internes, électrons de valence périphériques

📖 7. Configurations des groupes chimiques

★ À maîtriser

📌 Les éléments du groupe 1 ont une configuration qui se termine par un seul électron dans la sous-couche externe ns.

📌 Les éléments du groupe 2 ont une configuration qui se termine par deux électrons dans la sous-couche externe ns.

• Les groupes 13 à 18 possèdent respectivement:

  • groupe 13 : 3 électrons
  • groupe 14 : 4 électrons
  • groupe 15 : 5 électrons
  • groupe 16 : 6 électrons
  • groupe 17 : 7 électrons
  • groupe 18 : 8 électrons, sauf l’hélium qui en possède 2

• Dans les trois premières périodes, les électrons de la couche de plus grand nombre quantique n sont les électrons de valence, tandis que les électrons des couches internes sont les électrons de cœur.

Compléments

📐 Formule — Pour les groupes 13 à 18, le nombre d’électrons de valence est égal au numéro du groupe moins 10, soit $N_{valence}=G-10$.

💡 Astuce mémo

Groupes 1 à 18 : 1, 2, puis 3 à 8 électrons de valence

📖 8. Lien entre structure et propriétés

★ À maîtriser

📌 Les groupes du tableau périodique contiennent des éléments de configurations électroniques similaires, qui possèdent des propriétés physiques et chimiques communes.

• La structure de l’atome permet d’expliquer les propriétés des éléments, notamment leurs propriétés de liaison.

Compléments

📌 Les électrons proches du noyau sont appelés électrons de cœur, tandis que les électrons périphériques sont appelés électrons de valence.

💡 Astuce mémo

Configuration électronique similaire → propriétés physiques et chimiques communes

📊 Tableaux de synthèse

Particules de l’atome