Fiche de révision : Structure et modèles de l’atome

📋 Plan du Cours

1. Matière, substances et mélanges
2. Modèles et structure atomique
3. Nucléides, ions et isotopes
4. Masse atomique et radioactivité
5. Modèle de Bohr et spectres
6. Orbitales et nombres quantiques
7. Configurations et stabilité électronique

📖 1. Matière, substances et mélanges

🔑 Notions clés & Définitions

• Matière : Possède une masse et un volume et est composée d’atomes.

★ À maîtriser

📌 Une substance pure, ou corps pur, est constituée d’un seul corps pur, tandis qu’un mélange contient plusieurs corps purs.

📌 Un mélange homogène présente une seule phase, tandis qu’un mélange hétérogène présente plusieurs phases et peut être séparé physiquement.

Compléments

• Les corps simples sont formés d’un seul élément, tandis que les corps composés associent plusieurs éléments et nécessitent une séparation chimique.

💡 Astuce mémo

Corps pur = une substance ; mélange = plusieurs corps purs

📖 2. Modèles et structure atomique

🔑 Notions clés & Définitions

• Noyau atomique : Est chargé positivement et contient les protons et les neutrons.

★ À maîtriser

• Les atomes s’assemblent afin de former des molécules.

📌 Le modèle du Plum-Pudding considère que la matière atomique est pleine, tandis que l’expérience de Rutherford montre que l’atome est principalement vide.

• Lors du bombardement d’une feuille d’or par des ondes alpha, leur traversée de la plaque métallique montre que les atomes ne sont pas pleins.

• Les électrons forment des nuages autour du noyau, ont une charge opposée à celle des protons et une masse négligeable.

Compléments

• La charge d’un proton vaut 1,602 10-19 C et le noyau concentre la masse de l’atome.

💡 Astuce mémo

Bombardement de l’or → découverte d’un atome principalement vide

📖 3. Nucléides, ions et isotopes

🔑 Notions clés & Définitions

• Ion : Atome qui a perdu ou gagné des électrons ; il devient un cation s’il perd des électrons et un anion s’il en gagne.
• Élément : Ensemble des nucléides possédant le même numéro atomique Z.
• Isotopes : Nucléides de même Z mais de nombres de masse A différents ; ils ont les mêmes propriétés chimiques mais des propriétés physiques différentes.
• Radio-isotope : Isotope dont la désintégration libère de la radioactivité.

📝 Points essentiels

• Un nucléide se représente sous la forme $^{A}_{Z}X$, où Z est le numéro atomique et A le nombre de masse.

💡 Astuce mémo

Même Z : élément ; même Z mais A différent : isotopes

📖 4. Masse atomique et radioactivité

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse atomique relative : Somme des produits de la masse de chaque isotope naturel par sa proportion, soit la somme des termes xi·mi.

📝 Points essentiels

• La masse molaire atomique est liée au nombre d’Avogadro.

• La masse atomique est exprimée en unité de masse atomique, notée u.m.a.

📖 5. Modèle de Bohr et spectres

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle de Bohr : Associe les orbites électroniques à des niveaux d’énergie et permet aux électrons de passer d’une couche à une autre.

★ À maîtriser

📌 Le modèle planétaire de Rutherford est écarté car des électrons en mouvement autour du noyau devraient perdre de l’énergie et s’y écraser.

• Pour obtenir le spectre de l’atome d’hydrogène, on l’excite, puis il émet de la lumière lorsqu’il retrouve son état initial.

• Le modèle de Bohr et ses relations de longueur d’onde et d’énergie ne sont valables que pour l’hydrogène, qui possède un seul électron.

Compléments

• Les émissions de lumière permettent de caractériser l’atome.

💡 Astuce mémo

Excitation → changement de couche → retour → émission lumineuse

📖 6. Orbitales et nombres quantiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Orbitale : Onde stationnaire issue de l’équation de Schrödinger, correspondant à une probabilité de 95 % de trouver un électron dans un volume donné.

★ À maîtriser

• Le principe d’incertitude d’Heisenberg impose que le produit m·ΔX·ΔV soit supérieur à 10-34, ce qui entraîne une grande imprécision à l’échelle microscopique.

• Le nombre quantique principal n définit la couche électronique et le grand volume où se situe l’orbitale, avec n entier non nul.

• Le nombre quantique azimutal l définit la sous-couche et la forme de l’orbitale, tandis que le nombre magnétique m en définit l’orientation.

• Le nombre quantique de spin s possède deux valeurs opposées, +0,5 et -0,5, et deux électrons d’une même orbitale ne peuvent pas avoir les mêmes quatre nombres quantiques.

Compléments

• Les orbitales permettent d’expliquer la stabilité de l’atome, la forme des molécules et les effets spectroscopiques.

📖 7. Configurations et stabilité électronique

★ À maîtriser

• Une orbitale s est sphérique et comporte une case quantique, une orbitale p est bilobée et comporte trois cases, une orbitale d comporte cinq cases et une orbitale f comporte sept cases.

• La règle de Pauli interdit à deux électrons d’un même atome d’avoir les quatre mêmes nombres quantiques.

• La règle de Hund impose que les électrons occupent d’abord séparément les orbitales de même énergie avec des spins parallèles, puis s’apparient.

• La règle de Klechkowski organise le remplissage des sous-couches électroniques selon l’ordre croissant de stabilité énergétique.

• Les métaux alcalins perdent un électron et deviennent des cations monovalents, les alcalino-terreux perdent deux électrons et deviennent des cations divalents, les chalcogènes gagnent deux électrons et les halogènes gagnent un électron pour devenir des anions.

• Les gaz rares possèdent une couche externe remplie et sont donc électriquement stables.

Compléments

• Les exceptions à la règle de Klechkowski citées dans le cours sont le chrome et le cuivre.

💡 Astuce mémo

Pauli, Hund, Klechkowski : PHK pour organiser les électrons

📊 Tableaux de synthèse

Familles chimiques et ions formés