Fiche de révision : Structure et modèles de l’atome

📋 Plan du Cours

1. Matière, corps purs et mélanges
2. Structure et composition de l’atome
3. Nucléides, ions et isotopes
4. Modèles atomiques et spectres
5. Nombres quantiques et orbitales
6. Configuration électronique
7. Stabilité et familles chimiques
8. Exceptions de remplissage électronique

📖 1. Matière, corps purs et mélanges

🔑 Notions clés & Définitions

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

★ À maîtriser

📌 Une substance pure, aussi appelée 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

📌 Un corps simple est constitué d’un seul élément, tandis qu’un corps composé contient plusieurs éléments et peut être séparé par une séparation chimique.

💡 Astuce mémo

Corps pur = une substance ; mélange = plusieurs corps purs

📖 2. Structure et composition de l’atome

★ À maîtriser

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

📌 Le noyau atomique est chargé positivement et contient les protons et les neutrons, tandis que les électrons se trouvent autour du noyau dans des nuages électroniques.

• La masse des électrons est négligeable et les électrons autour du noyau expliquent les liaisons et les propriétés chimiques de l’atome.

Compléments

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

💡 Astuce mémo

Électrons autour du noyau → liaisons et propriétés chimiques

📖 3. Nucléides, ions et isotopes

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléide : L’ensemble des atomes caractérisés par une même composition nucléaire.

★ À maîtriser

• Dans la notation azX, Z est le numéro atomique et A est le nombre de masse.

📌 Un atome qui perd ou gagne des électrons devient un ion, appelé cation s’il est positif et anion s’il est négatif.

📌 Des isotopes sont des nucléides de même Z mais de A différent ; ils ont les mêmes propriétés chimiques mais des propriétés physiques différentes.

Compléments

• La désintégration de certains isotopes libère de la radioactivité et ces isotopes sont appelés radio-isotopes.

💡 Astuce mémo

Même Z, A différent : isotopes ; Z différent : éléments différents

📖 4. Modèles atomiques et spectres

★ À maîtriser

📌 Le modèle de Plum-Pudding représente la matière comme pleine, tandis que l’expérience de Rutherford montre que les atomes sont majoritairement vides.

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

• Dans le modèle de Bohr, les électrons occupent des orbites correspondant à des niveaux d’énergie et peuvent passer d’une couche à l’autre.

• Les émissions de lumière permettent de caractériser un atome grâce à son spectre.

Compléments

📌 Le modèle planétaire de Rutherford est écarté car des électrons attirés par le noyau devraient s’y écraser en perdant de l’énergie, ce qui n’est pas observé.

💡 Astuce mémo

Plum-pudding → Rutherford → Bohr → modèle quantique

📖 5. Nombres quantiques et orbitales

🔑 Notions clés & Définitions

• Nombre quantique principal : Définit la couche électronique et le grand volume dans lequel se situe l’orbitale ; n est un entier non nul.
• Nombre quantique azimutal : Définit la sous-couche et la forme de l’orbitale ; l est un entier.
• Nombre quantique magnétique : Est un entier qui détermine l’orientation de l’orbitale.

★ À maîtriser

• Une orbitale est une onde stationnaire décrite par l’équation de Schrödinger et correspond au volume dans lequel il existe une probabilité de 95 % de trouver un électron.

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

Compléments

• Les orbitales se distinguent ainsi:
  • orbitales s sphériques
  • orbitales p bilobées avec trois orientations
  • orbitales d avec cinq cases quantiques
  • orbitales f avec sept cases quantiques

💡 Astuce mémo

n-l-m-s : couche, forme, orientation, spin

📖 6. Configuration électronique

★ À maîtriser

• Selon le principe de Pauli, les nombres quantiques n, l et m peuvent être identiques pour deux électrons, mais leur nombre quantique de spin s doit être différent.

• Selon la règle de Hund, les électrons occupent d’abord séparément les orbitales disponibles avec des spins parallèles avant de s’apparier.

• La règle de Klechkowski place les électrons dans les niveaux qui se croisent selon un ordre de stabilité lié à l’énergie.

Compléments

• Pour n = 4, le nombre total d’orbitales est 1 + 3 + 5 + 7 = 16 et leur capacité maximale est de 32 électrons.

• Les configurations électroniques peuvent être représentées avec les couches et sous-couches ou avec des cases contenant des flèches représentant les électrons.

💡 Astuce mémo

Klechkowski remplit par énergie croissante, Hund sépare puis apparie

📖 7. Stabilité et familles chimiques

★ À maîtriser

• Les métaux alcalins perdent un électron et deviennent des cations monovalents, sauf l’hydrogène qui peut former un anion hydrure.

• Les métaux alcalino-terreux perdent deux électrons et deviennent des cations divalents.

• Les chalcogènes gagnent deux électrons et deviennent des anions, tandis que les halogènes gagnent un électron et deviennent des anions.

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

Compléments

• Les métaux de transition se caractérisent notamment par le remplissage de l’orbitale d, à part les exceptions indiquées pour certaines configurations.

💡 Astuce mémo

Métaux alcalins perdent des électrons ; halogènes en gagnent

📖 8. Exceptions de remplissage électronique

★ À maîtriser

• Les exceptions à la règle de Klechkowski citées sont Cr, Mo, Cu, W, Au et Ar.

Compléments

• Les exceptions de remplissage sont associées à la stabilité d’une orbitale à moitié remplie ou totalement remplie.

📊 Tableaux de synthèse

Familles chimiques et ions formés