Fiche de révision : Modèle de l’atome et des ions

📋 Plan du Cours

1. Structure de l’atome et du noyau
2. Cortège électronique et couches
3. Repérage dans le tableau périodique
4. Ions et identification en solution
5. Stabilité des gaz nobles
6. Formation des ions monoatomiques
7. Composés ioniques et neutralité

📖 1. Structure de l’atome et du noyau

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Entité chimique électriquement neutre constituée d’un noyau dense autour duquel circulent des électrons, et constituée de vide.
• Nucléons : Protons et neutrons qui composent le noyau atomique.

★ À maîtriser

• Le proton porte la charge élémentaire positive $e=1{,}6\times10^{-19}\,\text{C}$, tandis que le neutron est électriquement neutre ; leurs masses valent chacune $1{,}67\times10^{-27}\,\text{kg}$.

📌 Dans l’écriture conventionnelle $^{A}_{Z}X$ du noyau, $A$ est le nombre de nucléons, appelé nombre de masse, et $Z$ est le nombre de protons, appelé numéro atomique ou nombre de charge.

📐 Formule - La masse d’un atome est approximée par la masse totale de ses nucléons : $M_{\text{atome}}=A\times M_{\text{nucléon}}$.

Compléments

• La taille d’un atome est de $10^{-10}\,\text{m}$ et celle de son noyau est de $10^{-15}\,\text{m}$.

💡 Astuce mémo

L’atome est presque vide ; le noyau concentre sa masse.

📖 2. Cortège électronique et couches

🔑 Notions clés & Définitions

• Électrons de valence : Électrons situés sur la couche externe, qui est la dernière couche remplie.

★ À maîtriser

• Un atome neutre possède autant d’électrons que de protons.

• L’électron porte la charge $-e=-1{,}6\times10^{-19}\,\text{C}$ et sa masse est de $9{,}1\times10^{-31}\,\text{kg}$.

• Dans l’état fondamental, la sous-couche 1s peut contenir au maximum 2 électrons, et les sous-couches 2s et 3s 2 électrons chacune, tandis que 2p et 3p peuvent en contenir 6 chacune.

Compléments

• La masse d’un électron est environ 1 800 fois plus petite que celle d’un nucléon.

📖 3. Repérage dans le tableau périodique

🔑 Notions clés & Définitions

• Famille chimique : Regroupement des éléments d’une même colonne du tableau périodique, dont les atomes ont des propriétés chimiques semblables.

★ À maîtriser

📌 Pour les éléments des trois premières lignes, le numéro de la couche de valence donne le numéro de la période et le nombre d’électrons de valence donne le chiffre des unités du numéro de colonne ; le passage de la colonne 2 à la colonne 13 est une exception à cette lecture directe.

• Les éléments de la 18e colonne du tableau périodique sont les gaz nobles.

Compléments

• Le béryllium, de configuration électronique $1s^2\,2s^2$, se situe en 2e période et en 2e colonne.

📖 4. Ions et identification en solution

🔑 Notions clés & Définitions

• Solution : Mélange homogène comprenant un ou plusieurs solutés dissous dans un solvant ; une solution aqueuse a l’eau pour solvant.

★ À maîtriser

• Une solution ionique contient des ions comme solutés et est électriquement neutre.

• Les tests d’identification donnent un précipité blanc qui noircit à la lumière avec Cl⁻ et le nitrate d’argent, un précipité blanc avec SO₄²⁻ et le chlorure de baryum, et avec la soude des précipités bleu pour Cu²⁺, vert pour Fe²⁺ et rouille pour Fe³⁺.

Compléments

• Un atome de sodium perd un électron pour former l’ion Na⁺, tandis qu’un atome de chlore gagne un électron pour former l’ion Cl⁻.

• L’ion sulfate SO₄²⁻ contient un atome de soufre et quatre atomes d’oxygène, et porte deux charges négatives excédentaires.

📌 Le nom d’un cation monoatomique est celui de l’atome correspondant, tandis que le nom d’un anion monoatomique se termine par « ure », comme bromure pour Br⁻.

📖 5. Stabilité des gaz nobles

★ À maîtriser

• Les gaz nobles sont les seuls éléments qui existent à l’état naturel sous forme d’atomes isolés ; ils sont très peu réactifs car leur couche externe est saturée.

Compléments

• L’atmosphère contient près de 1 % de gaz nobles, essentiellement de l’argon.

• L’hélium représente 25 % de l’univers selon le cours.

• Les couches de valence des gaz nobles sont saturées : 1s² pour l’hélium, ns²np⁶ pour le néon, l’argon, le krypton et le xénon.

💡 Astuce mémo

Couche externe saturée → faible réactivité et atomes isolés.

📖 6. Formation des ions monoatomiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Ion monoatomique : Atome qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons afin d’acquérir la configuration électronique de valence du gaz noble le plus proche.

★ À maîtriser

📌 Un anion est un ion négatif formé par gain d’électrons, tandis qu’un cation est un ion positif formé par perte d’électrons.

Compléments

• L’ion F⁻ résulte du gain d’un électron par le fluor et porte la charge −e, tandis que S²⁻ résulte du gain de deux électrons par le soufre et porte la charge −2e.

• L’ion Be²⁺ résulte de la perte de deux électrons par le béryllium et porte la charge +2e.

• Dans les exemples du cours, Li⁺, K⁺, Mg²⁺, Al³⁺, F⁻, Ca²⁺ et H⁻ ont une configuration électronique correspondant à une couche externe saturée.

💡 Astuce mémo

Perte d’électrons : cation positif ; gain : anion négatif.

📖 7. Composés ioniques et neutralité

🔑 Notions clés & Définitions

• Composé ionique : Assemblage ordonné de cations et d’anions dont les charges se neutralisent.

★ À maîtriser

📌 La formule d’un composé ionique place d’abord le symbole du cation puis celui de l’anion, avec les plus petits indices entiers assurant une charge globale nulle.

Compléments

• Le chlorure de sodium NaCl correspond à un assemblage statistique d’un ion Na⁺ et d’un ion Cl⁻.

• Les ions Ba²⁺ et Cl⁻ forment le composé ionique BaCl₂(s).

• Dans l’eau, un composé ionique peut se dissoudre et libérer ses ions pour former une solution.