Atomes, molécules, ions et tableau périodique : fiche de révision
Noyau et électrons, formules des molécules, cations et anions, classification de Mendeleïev, masse volumique : la fiche brevet sur la constitution de la matière.
1Le cours condensé
La matière est constituée d’atomes. Un atome comprend un noyau central, formé de protons (charge positive) et de neutrons (sans charge), autour duquel se déplacent des électrons (charge négative). L’atome est électriquement neutre : il a autant d’électrons que de protons. Sa structure est lacunaire : le noyau est environ cent mille fois plus petit que l’atome, l’essentiel est du vide. Chaque élément a un symbole : H (hydrogène), C (carbone), N (azote), O (oxygène), Na (sodium), Cl (chlore), Fe (fer), Cu (cuivre), Al (aluminium), Zn (zinc), Ag (argent), Au (or).
Le tableau périodique des éléments, dont la première version est due à Mendeleïev (1869), range les éléments par numéro atomique croissant (le nombre de protons). Les lignes sont les périodes ; les éléments d’une même colonne ont des propriétés chimiques voisines, ce qui permet de prévoir leur comportement.
Une molécule est un assemblage d’atomes liés entre eux ; sa formule indique le nombre d’atomes de chaque sorte : H₂O (eau), CO₂ (dioxyde de carbone), O₂ (dioxygène), N₂ (diazote), CH₄ (méthane). L’air est un mélange d’environ 78 % de diazote et 21 % de dioxygène.
Un ion est un atome (ou groupe d’atomes) qui a gagné ou perdu des électrons. S’il a perdu des électrons, il est chargé positivement : c’est un cation (Na⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, H⁺). S’il en a gagné, il est chargé négativement : c’est un anion (Cl⁻, HO⁻, SO₄²⁻). Une solution ionique conduit le courant grâce au déplacement de ses ions ; un métal conduit grâce à ses électrons libres ; l’eau pure et le sucre dissous ne conduisent pas.
La masse volumique ρ = m / V caractérise une substance (eau : 1 g/cm³, soit 1 000 kg/m³) et permet de l’identifier ou de prévoir si elle flotte. Un mélange est homogène si on ne distingue pas ses constituants, hétérogène sinon ; un corps pur ne contient qu’une seule espèce chimique. La concentration en masse d’un soluté est C = m / V, en g/L.
2Formules et repères à connaître par cœur
Atome : noyau (protons +, neutrons) + électrons (−) ; neutre : nombre d’électrons = nombre de protons. Numéro atomique = nombre de protons. Cation = perte d’électrons (Na⁺, Cu²⁺, Fe³⁺) ; anion = gain d’électrons (Cl⁻, HO⁻). Formules : H₂O, CO₂, O₂, N₂, CH₄. Air : environ 78 % N₂, 21 % O₂. Masse volumique ρ = m / V (g/cm³ ou kg/m³ ; eau 1 g/cm³ = 1 000 kg/m³). Concentration en masse C = m / V (g/L). Conduction : solutions ioniques (ions) et métaux (électrons libres) conduisent ; eau pure et solutions moléculaires ne conduisent pas. Mendeleïev, 1869.
3Ce qui tombe au brevet et les pièges
L’épreuve de sciences du brevet 2027 dure 1 heure, sur deux disciplines sur trois annoncées deux mois avant ; chaque discipline est notée sur 10 points, dont 1 point de maîtrise de la langue, sur une seule copie (note de service MENE2623228N). Ce chapitre fournit les questions de « lecture de document » du sujet de chimie.
Exercices types : lire une case du tableau périodique (symbole, numéro atomique, nombre d’électrons de l’atome neutre) ; donner la composition d’une molécule à partir de sa formule (CO₂ : un atome de carbone, deux d’oxygène) ; dire si une espèce est un atome, une molécule ou un ion et justifier par la charge ; calculer une masse volumique ou une masse à partir de ρ = m / V avec conversion d’unités ; identifier un métal grâce à sa masse volumique dans un tableau ; expliquer pourquoi une eau salée conduit le courant et pas une eau sucrée.
Pièges : écrire que les électrons sont dans le noyau ; confondre Cu²⁺ (ion, deux électrons perdus) et Cu (atome) ; croire qu’un cation a gagné des électrons ; mélanger g/cm³ et kg/m³ sans conversion (× 1 000) ; confondre masse et masse volumique, ou concentration et masse de soluté ; oublier que O₂ est une molécule et non deux atomes séparés.
4Comment s’entraîner
Écris de mémoire les douze symboles et les cinq formules de la fiche, puis vérifie. Fais cinq calculs de masse volumique en changeant la grandeur inconnue (m, V ou ρ) et en convertissant une fois sur deux les unités. Classe une liste d’espèces (Na⁺, O₂, Fe, Cl⁻, H₂O) en atome / molécule / ion avec la justification. Un QCM généré depuis ta fiche révèle vite si le sens de la charge des ions est acquis.
Définitions à connaître par cœur
Quiz : teste-toi sur atomes, molécules, ions et tableau périodique
8 questions corrigées. Réponds avant d'ouvrir la correction !
1. Le noyau d’un atome contient :
- A.des électrons
- B.des protons et des neutrons
- C.des protons et des électrons
- D.uniquement des neutrons
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Réponse : B. des protons et des neutrons
Protons (positifs) et neutrons (neutres) forment le noyau ; les électrons se déplacent autour.
2. Un atome est électriquement neutre car :
- A.il n’a aucune charge
- B.il a autant d’électrons que de protons
- C.il a autant de neutrons que de protons
- D.ses électrons sont dans le noyau
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Réponse : B. il a autant d’électrons que de protons
Les charges négatives des électrons compensent exactement les charges positives des protons.
3. L’ion Cu²⁺ est un atome de cuivre qui a :
- A.gagné 2 électrons
- B.perdu 2 électrons
- C.gagné 2 protons
- D.perdu 2 neutrons
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Réponse : B. perdu 2 électrons
Une charge positive signifie une perte d’électrons : Cu²⁺ en a perdu deux. C’est un cation.
4. La molécule CO₂ contient :
- A.1 atome de carbone et 2 atomes d’oxygène
- B.2 atomes de carbone et 1 d’oxygène
- C.1 atome de carbone et 1 d’oxygène
- D.2 atomes de carbone et 2 d’oxygène
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Réponse : A. 1 atome de carbone et 2 atomes d’oxygène
L’indice 2 porte sur l’oxygène ; sans indice, le carbone est en un exemplaire.
5. Dans le tableau périodique, les éléments sont rangés par :
- A.ordre alphabétique
- B.numéro atomique croissant
- C.masse volumique
- D.date de découverte
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Réponse : B. numéro atomique croissant
Le numéro atomique (nombre de protons) croît de gauche à droite et de haut en bas ; une colonne regroupe des propriétés voisines.
6. Un échantillon de 54 g et de volume 20 cm³ a pour masse volumique :
- A.0,37 g/cm³
- B.2,7 g/cm³
- C.1 080 g/cm³
- D.34 g/cm³
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Réponse : B. 2,7 g/cm³
ρ = m / V = 54 / 20 = 2,7 g/cm³, la masse volumique de l’aluminium.
7. Quelle solution conduit le courant électrique ?
- A.eau pure
- B.eau sucrée
- C.eau salée
- D.huile
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Réponse : C. eau salée
L’eau salée contient des ions Na⁺ et Cl⁻ libres de se déplacer ; le sucre dissous reste en molécules neutres.
8. L’air est composé principalement de :
- A.dioxygène (78 %) et diazote (21 %)
- B.diazote (78 %) et dioxygène (21 %)
- C.dioxyde de carbone et dioxygène
- D.vapeur d’eau et diazote
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Réponse : B. diazote (78 %) et dioxygène (21 %)
Environ 78 % de diazote N₂ et 21 % de dioxygène O₂, le reste étant d’autres gaz dont le CO₂.
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre un atome, une molécule et un ion ?
L’atome est la brique de base, neutre. La molécule est un assemblage d’atomes liés (H₂O, O₂), neutre elle aussi. L’ion est un atome ou un groupe d’atomes chargé parce qu’il a perdu des électrons (cation, +) ou en a gagné (anion, −). La charge en exposant est le signe qui ne trompe pas.
Comment lire une case du tableau périodique ?
Elle donne le symbole et le numéro atomique, c’est-à-dire le nombre de protons. L’atome étant neutre, c’est aussi son nombre d’électrons. La colonne indique une famille d’éléments aux propriétés chimiques voisines.
Comment convertir une masse volumique de g/cm³ en kg/m³ ?
On multiplie par 1 000 : 1 g/cm³ = 1 000 kg/m³ (l’eau). Inversement, 2 700 kg/m³ = 2,7 g/cm³ (l’aluminium). Vérifie toujours que les unités de m et de V sont cohérentes avant de diviser.
Pourquoi une solution ionique conduit-elle le courant ?
Parce que ses ions, chargés, se déplacent sous l’effet du générateur : les cations vers une électrode, les anions vers l’autre. Dans un métal, ce sont les électrons libres qui se déplacent. L’eau pure et les solutions de molécules (sucre, alcool) ne contiennent pas de porteurs de charge mobiles.