Fiche de révision : Atomes et théorie quantique

📋 Plan du Cours

1. Constitution des atomes et ions
2. Isotopes et notation atomique
3. Tendances du tableau périodique
4. Masse nucléaire et défaut de masse
5. Orbitales et remplissage électronique
6. Électrons de cœur et de valence
7. Nombres quantiques et stabilité

📖 1. Constitution des atomes et ions

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Un ensemble électriquement neutre constitué de protons positifs, de neutrons neutres et d’électrons négatifs.
• Ion : Un atome chargé positivement ou négativement après une perte ou un gain d’électrons.

📝 Points essentiels

• Un anion possède une charge négative après un gain d’électrons, tandis qu’un cation possède une charge positive après une perte d’électrons.

• Le noyau atomique est constitué de protons et de neutrons, tandis que les électrons se trouvent dans le nuage électronique.

💡 Astuce mémo

Gain d’électrons : anion ; perte d’électrons : cation

📖 2. Isotopes et notation atomique

🔑 Notions clés & Définitions

• Isotope : Des isotopes sont des atomes possédant le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour un atome, le nombre de nucléons vérifie $A = Z + N$, où A est le nombre de nucléons, Z le nombre de protons et N le nombre de neutrons.

• Dans la notation atomique, X représente le symbole de l’élément, A le nombre de nucléons et Z le numéro atomique.

Compléments

• L’azote possède un nombre de nucléons égal à 14 et un numéro atomique égal à 7.

📖 3. Tendances du tableau périodique

🔑 Notions clés & Définitions

• Énergie d’ionisation : L’énergie à fournir à un atome neutre gazeux pour lui arracher un électron et former un ion positif.
• Électronégativité : La capacité d’un élément à attirer les électrons vers son noyau.

★ À maîtriser

• La colonne de gauche du tableau périodique regroupe les alcalins et l’hydrogène, tandis que la colonne de droite regroupe les gaz rares.

• L’électronégativité et l’énergie d’ionisation augmentent de bas en haut et de gauche à droite dans le tableau périodique, tandis que le rayon atomique augmente de haut en bas et de droite à gauche.

Compléments

• Les lignes du tableau périodique sont appelées des périodes, et un changement de période correspond à un changement d’orbitale atomique s.

• Le fluor est l’atome le plus électronégatif, en excluant les gaz rares et l’hydrogène considérés comme des exceptions dans ces phénomènes.

📖 4. Masse nucléaire et défaut de masse

🔑 Notions clés & Définitions

• Défaut de masse : Correspond à la différence entre la somme des masses des constituants du noyau et la masse expérimentale du noyau, qui est toujours inférieure.

★ À maîtriser

• La masse d’un atome est égale à la somme des masses de ses électrons, protons et neutrons.

Compléments

• La masse du noyau est égale à la masse de l’atome diminuée de la masse de ses électrons.

💡 Astuce mémo

Énergie de liaison libérée → masse expérimentale diminuée

📖 5. Orbitales et remplissage électronique

🔑 Notions clés & Définitions

• Orbitale atomique : Une région de l’espace où la probabilité de présence d’un électron est de 95 %.

★ À maîtriser

• Les orbitales s, p, d et f peuvent contenir respectivement 2, 6, 10 et 14 électrons.

• Le remplissage électronique suit l’ordre croissant d’énergie des orbitales, et l’orbitale 4s est donc remplie avant l’orbitale 3d.

Compléments

• Pour déterminer l’ordre de remplissage, on additionne le numéro de couche et la valeur associée à la lettre, avec s = 1, p = 2, d = 3 et f = 4 ; en cas d’égalité, le plus petit numéro de couche est prioritaire.

📖 6. Électrons de cœur et de valence

🔑 Notions clés & Définitions

• Électron de cœur : Situé dans une couche interne du nuage électronique, recouverte par une couche plus externe.
• Électron de valence : Situé sur la dernière couche du nuage électronique.

📝 Points essentiels

• La configuration électronique du carbone est 1s² 2s² 2p², et ses électrons de valence sont ceux des orbitales 2s et 2p.

• La configuration abrégée du fer est Fe : [Ar] 4s² 3d⁶, où [Ar] représente sa configuration électronique de cœur.

📖 7. Nombres quantiques et stabilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Nombres quantiques : Les quatre nombres quantiques n, l, m et s permettent de localiser précisément un électron dans un atome.

★ À maîtriser

• Le nombre quantique n indique la couche, l indique le type d’orbitale avec 0 = s, 1 = p, 2 = d et 3 = f, m indique la case et s indique le spin, égal à +1/2 ou −1/2.

📌 Deux électrons peuvent occuper une même case quantique uniquement s’ils possèdent des spins opposés, l’un +1/2 et l’autre −1/2.

• Lors du remplissage d’une sous-couche, on place d’abord un électron dans chaque case avant d’ajouter un deuxième électron dans les cases déjà occupées.

Compléments

• Les nombres quantiques n = 4, l = 2, m = −1 et s = +1/2 décrivent un électron de la couche 4, dans une orbitale d, situé dans la deuxième case avec un spin positif.

• La configuration stable du cuivre est Cu : [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ plutôt que [Ar] 4s² 3d⁹, car une sous-couche d complètement remplie est privilégiée.

• La configuration stable du chrome est Cr : [Ar] 3d⁵ 4s¹ plutôt que [Ar] 4s² 3d⁴, car des orbitales de valence à demi-remplies sont plus stables.

📊 Tableaux de synthèse

Grandeurs périodiques