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Atomes, molécules et ions

1. Atomes, molécules et ions

a) Définitions essentielles

• Atome : constitué d’un noyau (protons + neutrons) autour duquel gravitent des électrons.
• Molécule : assemblage de plusieurs atomes liés entre eux.
• Ion : atome ou groupe d’atomes ayant une charge électrique (positive ou négative).

b) Structure de l’atome

• Le noyau contient presque toute la masse de l’atome.
• Taille du noyau : environ $10^{-15}$ m.
• Taille de l’atome : environ $10^{-10}$ m.
• Le noyau est donc environ 100 000 fois plus petit que l’atome.

I. La quantité de matière

A) 📚 Pré-requis

• Quantité de matière (mol), masse molaire atomique, constante d'Avogadro
• Solution, soluté, concentration massique en g.L ou molaire en mol.L

B) 🎯 Objectifs

• Déterminer la masse molaire d'une espèce à partir des masses molaires atomiques des éléments qui la composent.
• Déterminer la quantité de matière contenue dans un échantillon de corps pur à partir de sa masse et du tableau périodique.

Les corps purs et mélanges

I) Corps pur et mélange

1. Espèce chimique

Une espèce chimique est constitué d'un grand nombre d'entités chimiques identiques.

1. Corps pur et mélange

Un corps pur est constitué d'une seule espèce chimique
Ex : l'eau, un morceau de fer.

Un mélange est constitué de plusieurs espèces chimiques.
Ex : eau + sirop, air, ...

1. Mélanges homogènes et hétérogènes

Un mélange est dit homogène si on ne peut pas distinguer à l'œil nu les différents constituants.

Reconnaître les atomes et modéliser les molécules

1. Reconnaître les atomes dans une molécule

• Les lettres dans une formule chimique représentent les symboles des atomes (ex : H pour hydrogène, O pour oxygène).
• Les chiffres écrits en indice à droite des lettres indiquent le nombre d'atomes de cet élément dans la molécule.
• S'il n'y a pas de chiffre à droite d'un symbole, cela signifie qu'il y a un seul atome de cet élément.

2. Exemple : formule de l'eau

• $H_2O$ signifie que la molécule contient :
  • 2 atomes d'hydrogène (H)

Structure de l'atome

1. Composition de l'atome

Un atome est constitué de deux parties principales :

• Le noyau : situé au centre, il contient les nucléons qui sont les protons (chargés positivement) et les neutrons (sans charge).
• Les électrons : particules chargées négativement, ils gravitent autour du noyau.

2. Numéro atomique et neutralité électrique

• Le numéro atomique $Z$ correspond au nombre de protons dans le noyau.
• Un atome est électriquement neutre car il possède autant de protons que d’électrons.

3. Isotopes

Les acides et les bases

1. Les acides et les bases

a) Définitions

• Acide : espèce chimique capable de céder au moins un ion hydrogène $H^+$ (proton).
  Réaction générale :
  $$\mathrm{AH_{(aq)} \rightarrow A^-{(aq)} + H^+}$$
  Exemple : acide éthanoïque
  $$\mathrm{CH_3COOH{(aq)} \rightarrow CH_3COO^-_{(aq)} + H^+}$$

• Base : espèce chimique capable de capter au moins un ion hydrogène $H^+$.
  Réaction générale :
  $$\mathrm{A^-{(aq)} + H^+ \rightarrow AH{(aq)}}$$
  Exemple : ion éthanoate
  $$\mathrm{CH_3COO^- + H^+ \rightarrow CH_3COOH}$$

Définition et rôle des acides aminés

Les acides aminés sont des molécules organiques constituées d’un groupe amine (-NH₂), d’un groupe carboxyle (-COOH), d’un atome d’hydrogène et d’une chaîne latérale variable (R) attachés à un carbone central appelé carbone α. Ils sont les unités de base des protéines.

• Fonctions principales : synthèse des protéines, précurseurs de neurotransmetteurs, métabolites intermédiaires, rôle dans le métabolisme énergétique.

Rappel de seconde : qu'est-ce que la mole ?

1. La mole : définition et utilité

• La mole est l’unité de la quantité de matière, notée $n$, exprimée en mole (mol).
• Elle permet de compter un très grand nombre d’atomes ou de molécules sans écrire de nombres trop grands.
• 1 mole contient exactement $6,02 \times 10^{23}$ entités chimiques (atomes, molécules, ions), ce nombre est la constante d’Avogadro $N_A$.
• $N_A = 6,02 \times 10^{23} , \text{mol}^{-1}$.

| Grandeur | Notation | Unité | Symbole unité | Exemple |

La chromatographie

La chromatographie est une technique de séparation et d’analyse des mélanges basée sur la répartition différente des constituants entre deux phases : une phase mobile et une phase stationnaire.

Principes fondamentaux de la chromatographie

1. Définition

La chromatographie permet de séparer les composants d’un mélange en exploitant leurs différences d’affinité pour une phase stationnaire et une phase mobile.

2. Phases chromatographiques

• Phase stationnaire : phase fixe, solide ou liquide fixée sur un support solide.