Atomes et Matière

1. Les 3 états de la matière

2. Changements d’état

Les changements d’état dépendent de la température et de la pression.

3. Corps purs et mélanges

• Corps pur : matière dont toutes les molécules sont identiques.
• Mélange : matière composée de molécules différentes.

La matière est formée d’atomes assemblés en molécules, qui peuvent exister sous trois états selon leur organisation et leur énergie.

1. II / L’atome

a) Généralités

1) Définition

• Atome : entité fondamentale de la matière.
• La matière n’est pas continue, elle est constituée d’atomes.
• L’atome est formé d’un noyau central et d’électrons qui gravitent autour.
• La structure de l’atome est lacunaire : il y a du vide entre le noyau et les électrons.
• Les électrons tournent autour du noyau, un peu comme la Terre autour du Soleil.

L’atome est la plus petite unité de matière qui conserve ses propriétés chimiques.

2) Ordre de grandeur

• L’atome est une sphère de taille très petite, appartenant au monde de l’infiniment petit.
• Le rayon de l’atome est environ $10^{-10}$ m.
• Le noyau est beaucoup plus petit, de l’ordre de $10^{-15}$ m.
• La majeure partie de l’atome est donc du vide entre le noyau et les électrons.

1. Ordre de grandeur de l'atome

• Masse : environ $10^{-26}$ kg
• Rayon : environ $1 \times 10^{-10}$ m (soit 0,1 nanomètre ou 1 ångström)

2. Composition de l’atome

Un atome est constitué de deux parties principales :

• Noyau : formé de protons et de neutrons
• Électrons : chargés négativement, ils gravitent autour du noyau

Un atome est électriquement neutre car il contient autant de protons que d’électrons.

3. Notations et caractéristiques de l’atome

• $A$ : nombre de nucléons (protons + neutrons)
• $Z$ : nombre de protons (numéro atomique)
• $X$ : symbole chimique de l’élément
• Nombre d’électrons = $Z$ (dans un atome neutre)

Exemple de notation :

$${}^{A}_{Z}X$$

4. Classification périodique des éléments

• Le tableau de Mendeleïev organise les éléments chimiques selon leur numéro atomique $Z$.
• Cette organisation permet de regrouper les éléments aux propriétés chimiques similaires.

1. Organisation du tableau de Mendeleïev

Le tableau classe les éléments selon leur numéro atomique croissant, de gauche à droite et de haut en bas.

2. Colonnes : les familles chimiques

• Les colonnes verticales du tableau sont appelées familles.
• Les éléments d'une même famille ont des propriétés chimiques similaires.

a) Exemples de familles

À retenir : Le numéro atomique $Z$ correspond au nombre de protons dans le noyau et détermine la place de l'élément dans le tableau de Mendeleïev.

1. Les gaz nobles

Les gaz nobles sont des éléments chimiques situés dans la dernière colonne du tableau périodique. Ils se caractérisent par :

• Une stabilité exceptionnelle.
• Une existence sous forme monoatomique (atome isolé).
• Un refus de former des liaisons chimiques ou des ions avec d’autres espèces.

Exemples :

• L’hélium a une couche K saturée avec 2 électrons.
• Le néon a une couche L saturée avec 8 électrons.

Cette configuration électronique explique leur faible réactivité chimique.

2. Les périodes (lignes horizontales)

Les lignes horizontales du tableau périodique sont appelées des périodes.

• Tous les éléments d’une même période ont le même nombre de couches électroniques.
• Le nombre d’électrons sur la couche externe augmente progressivement de gauche à droite dans la période.

Les gaz nobles ont une couche externe saturée, ce qui leur confère une grande stabilité chimique.

1. Atomes

• Un atome est la plus petite unité d’un élément chimique, électriquement neutre.
• Il est constitué de :
  • Un noyau contenant des protons (charge +) et des neutrons (charge 0).
  • Des électrons (charge -) en mouvement autour du noyau.
• Dans un atome neutre, le nombre de protons = nombre d’électrons, donc la charge totale est nulle.
• Le numéro atomique $Z$ correspond au nombre de protons et identifie l’élément dans le tableau périodique.

2. Ions

• Un ion est un atome (ou groupe d’atomes) qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.
• Contrairement à l’atome, un ion est chargé électriquement :
  • Si l’ion a perdu des électrons, il est chargé positivement (cation).
  • Si l’ion a gagné des électrons, il est chargé négativement (anion).

3. Stabilité électronique

• Les atomes ont tendance à acquérir une configuration électronique stable, souvent celle des gaz nobles (ex : néon avec 10 électrons).
• Cette stabilité est obtenue en perdant ou gagnant des électrons pour former des ions.
• Exemple :
  • Le lithium (Li), avec 3 électrons, tend à perdre 1 électron pour ressembler au néon (configuration stable).
  • Le néon (Ne), avec 10 électrons, est stable et ne forme pas d’ions facilement.

À retenir : Un ion est un atome chargé électriquement car il a perdu ou gagné des électrons pour atteindre une configuration électronique stable.

1. Le modèle de Bohr (1913)

Le modèle de Bohr simplifie la représentation des atomes en décrivant les électrons répartis sur des couches électroniques autour du noyau. Chaque couche a une capacité maximale d'électrons.

Exemple : la configuration électronique du cuivre (Cu) selon Bohr est

$$K^2 \quad L^8 \quad M^{18} \quad N^1$$

Un atome est stable lorsque sa couche externe est complète, ce qui explique la tendance à former des ions.