Fiche de révision : Structure atomique et molécules

📋 Plan du Cours

1. Masse et entités chimiques
2. Couches et configuration électroniques
3. Valence et tableau périodique
4. Stabilité et formation des ions
5. Règles des schémas de Lewis
6. Liaisons et énergie de liaison

📖 1. Masse et entités chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Molécule : Ensemble d’atomes liés entre eux.
• Ion : Atome ou molécule qui porte une charge parce qu’il a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons.

★ À maîtriser

📐 Formule - La masse d’un atome est la somme de la masse de son noyau et de celle de ses électrons : $m_{atome}=m_{noyau}+m_{électrons}$.

📌 Une espèce chimique est un très grand nombre d’entités chimiques identiques ; elle peut être atomique, moléculaire ou ionique.

📌 Dans une espèce ionique électroneutre, la somme des charges positives des cations et des charges négatives des anions est égale à zéro.

Compléments

• La masse d’un électron est $9.11\times10^{-31}$ kg, tandis que celles d’un proton et d’un neutron sont chacune $1.67\times10^{-27}$ kg.

💡 Astuce mémo

Atome neutre, ion chargé

📖 2. Couches et configuration électroniques

★ À maîtriser

• Une sous-couche s peut contenir au maximum 2 électrons et une sous-couche p au maximum 6 électrons.

• Les sous-couches se remplissent dans l’ordre suivant :

  • 1s
  • 2s
  • 2p
  • 3s
  • 3p

• Pour déterminer la structure électronique d’un atome, on établit son nombre d’électrons, on les place dans les sous-couches selon l’ordre et les capacités maximales, puis on s’arrête lorsque tous les électrons sont placés.

📌 Dans un atome électriquement neutre, le nombre d’électrons est égal au nombre de protons.

Compléments

• Les électrons se répartissent en couches numérotées n = 1, 2, 3, etc., elles-mêmes divisées en sous-couches désignées par des lettres comme s et p.

• L’atome d’azote possède 7 électrons et sa configuration électronique est 1s² 2s² 2p³.

💡 Astuce mémo

1s → 2s → 2p → 3s → 3p

📖 3. Valence et tableau périodique

🔑 Notions clés & Définitions

• Électrons de valence : Électrons qui occupent la couche électronique de numéro n le plus élevé d’un atome.

★ À maîtriser

• Dans le tableau périodique, une ligne est une période et une colonne est une famille.

📌 Les éléments d’une même famille ont le même nombre d’électrons de valence et des réactivités chimiques similaires.

Compléments

• L’azote possède 5 électrons de valence, tous situés sur la couche n = 2.

• Dans le tableau périodique simplifié présenté, les colonnes sont numérotées 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 et 18.

• Vers 1870, le chimiste russe Dimitri Mendeïleïev publie ses travaux sur la « Classification périodique des éléments », qui classe les éléments en lignes et en colonnes selon leur numéro atomique croissant.

💡 Astuce mémo

La ligne indique la couche, la colonne les électrons de valence

📖 4. Stabilité et formation des ions

🔑 Notions clés & Définitions

• Gaz nobles : Atomes de la colonne 18 du tableau périodique, dont la couche de valence est saturée et qui sont chimiquement stables.

★ À maîtriser

📌 L’hélium possède une structure de duet avec 2 électrons de valence, tandis que le néon et l’argon possèdent une structure d’octet avec 8 électrons de valence.

📌 La plupart des entités chimiques tendent vers l’état le plus stable en se rapprochant de la configuration électronique du gaz noble le plus proche dans la classification périodique.

• Un atome forme un ion monoatomique en gagnant ou en perdant un ou plusieurs électrons, de façon que la configuration électronique de l’ion corresponde à celle du gaz noble le plus proche.

Compléments

• L’hélium possède 2 électrons et sa configuration électronique est 1s².

• Le néon possède 10 électrons et sa configuration électronique est 1s² 2s² 2p⁶.

• L’argon possède 18 électrons et sa configuration électronique est 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶.

• Les ions à connaître sont :

  • H⁺, ion hydrogène
  • Na⁺, ion sodium
  • K⁺, ion potassium
  • Ca²⁺, ion calcium
  • Mg²⁺, ion magnésium
  • F⁻, ion fluorure
  • Cl⁻, ion chlorure

💡 Astuce mémo

Couche saturée → stabilité des gaz nobles

📖 5. Règles des schémas de Lewis

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison covalente : Forme de liaison qui se crée lorsque des atomes partagent des électrons lors de la formation d’une molécule.

★ À maîtriser

📌 Dans un schéma de Lewis, les atomes respectent généralement la règle de l’octet en étant entourés de 8 électrons, tandis que l’hydrogène respecte la règle du duet avec 2 électrons.

📌 Les doublets liants forment des liaisons, tandis que les doublets non liants ne forment pas de liaison.

Compléments

📌 Dans un schéma de Lewis, un trait de liaison compte pour 2 électrons attribués à chacun des deux atomes liés, tandis qu’un trait de doublet non liant compte pour 2 électrons appartenant uniquement à l’atome considéré.

• Dans le méthane CH₄, le carbone possède 4 électrons de valence et forme 4 liaisons covalentes, tandis que chaque hydrogène forme une liaison.

• Dans l’eau H₂O, l’oxygène possède 6 électrons de valence, forme 2 liaisons covalentes et porte 2 doublets non liants, tandis que chaque hydrogène forme une liaison.

💡 Astuce mémo

Octet pour la plupart, duet pour l’hydrogène

📖 6. Liaisons et énergie de liaison

🔑 Notions clés & Définitions

• Énergie de liaison : Énergie nécessaire pour rompre les liaisons covalentes dans une molécule.

★ À maîtriser

📌 L’énergie de liaison totale d’une molécule se calcule en additionnant les énergies de chacune de ses liaisons.

Compléments

📌 Une liaison covalente peut être simple, double ou triple ; le formaldéhyde présente une liaison double entre le carbone et l’oxygène, et le diazote une liaison triple entre ses deux atomes d’azote.

• Les énergies de liaison indiquées sont de 413 pour C–H, 348 pour C–C et 614 pour C=C, en unités du système international.

• Dans NH₃, l’azote forme 3 liaisons covalentes avec les hydrogènes et possède un doublet non liant, ce qui lui donne 8 électrons autour de lui et respecte la règle de l’octet.

💡 Astuce mémo

Rompre une liaison covalente nécessite de l’énergie