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L'ELEMENT  est un type d'atome caractérisé par un symbole chimique et un numéro atomique. Ils sont classés dans le tableau périodique des éléments : chaque case contient un élément.

element

A chaque case, on ajoute un proton (et donc un électron pour conserver la neutralité des atomes). Les éléments sont donc caractérisés par un nombre de protons unique (et d'électrons donc).

 

Par contre, on peut avoir pour un même élément, des atomes contenant un nombre de neutrons différents, on appellera chaque "sous-élément" un NUCLEIDE. Un nucléide, est lui défini par son symbole, son numéro atomique et par sa masse atomique.

On dira que chaque nucléide d'un élément est isotope des autres nucléides du même élément (c'est une relation entre eux, comme être le frère de ... ou la soeur de .... ).

 

 Un nucléide est caractérisé à la fois par : 
  • Un nombre de masse (A) ; égal à la somme du nombre de protons et de neutrons
  • Un numéro atomique (Z) ; égal au nombre de protons et d'électrons
nucleide C12

A l 'aide de ces deux données (numéro et masse), il est donc facile d'en déterminer la composition en protons, neutrons et électrons.

 

L'élement carbone possède 3 isotopes : le carbone 12, le carbone 13 et le carbone 14. Comme ce sont tous des nucléides du carbone, ils ont tous :

  • 6 protons
  • 6 électrons

Leur différence de masse provient de leur composition différente en neutrons, respectivement 6, 7 et 8.

nuclideC12 nuclideC13 nuclideC14 arrow 1773931 1920 element2
3 nucléides   1 élément

 

Dans le tableau périodique, ils sont tous les 3 rassemblés en une seule case, appelée "carbone", c'est l'élément. La masse attribuée  à cet élément est appelée masse atomique.

MasseAtomique

Pourquoi fonctionner ainsi ? Simplement parce que si je prend x grammes d'un élément, je vais très certainement retrouver les différents isotopes qui existent dans la nature en quantité globalement similaire à leur abondance.

Cette valeur représente la masse atomique. Elle est exprimée en Unité de Masse Atomique (U.M.A). L'U.M.A représente le douzième de la masse du nucléide 12C.

Pour qu'elle soit RELATIVE il faut la diviser par 1 U.M.A de telle façon à ce que la masse atomique relative n'ait pas d'unités !

 

 

note    

Cette formule permet aussi de calculer les paramètres isotopiques, si on connait la masse atomique relative. C'est une variante d'exerice. En vous fournissant la masse atomique relative et toutes les informations sur les isotopes sauf une, vous pouvez facilement retrouver la donnée manquante.

 

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Dans les cases du tableau périodique, on indique souvent le numéro atomique en haut de la case et la masse en bas de la case ...

Dans la notation d'un nucléide, c'est le contraire ... La masse est au dessus et le numéro atomique en dessous.

C'est ainsi ... Autant le savoir pour ne pas se tromper !

 

 

La masse atomique relative

L'élement carbone possède 3 isotopes : le carbone 12, le carbone 13 et le carbone 14. Comme ce sont tous des nucléides du carbone, ils ont tous :

  • 6 protons
  • 6 électrons

Leur différence de masse provient de leur composition différente en neutrons, respectivement 6, 7 et 8.

nuclideC12 nuclideC13 nuclideC14 arrow 1773931 1920 element2
3 nucléides   1 élément

 

Dans le tableau périodique, ils sont tous les 3 rassemblés en une seule case, appelée "carbone", c'est l'élément. La masse attribuée  à cet élément est appelée masse atomique.

MasseAtomique

Pourquoi fonctionner ainsi ? Simplement parce que si je prend x grammes d'un élément, je vais très certainement retrouver les différents isotopes qui existent dans la nature en quantité globalement similaire à leur abondance.

Cette valeur représente la masse atomique. Elle est exprimée en Unité de Masse Atomique (U.M.A). L'U.M.A représente le douzième de la masse du nucléide 12C.

Pour qu'elle soit RELATIVE il faut la diviser par 1 U.M.A de telle façon à ce que la masse atomique relative n'ait pas d'unités !

 

 

note    

Cette formule permet aussi de calculer les paramètres isotopiques, si on connait la masse atomique relative. C'est une variante d'exerice. En vous fournissant la masse atomique relative et toutes les informations sur les isotopes sauf une, vous pouvez facilement retrouver la donnée manquante.

 

La modélisation

 

oignon modèle.resized

   Qu'est-ce qu'un modèle ?

 

L'atome est tellement petit (de l'ordre de l'angström (10-10 m) qu'il est impossible, comme beaucoup d'objet de le voir ... On ne peut donc pas l'observer directement pour le décrire. Il nous faut passer par ce que l'on appelle des observations indirectes.

Observer indirectement, c'est réaliser des expériences dont les résultats nous en apprennent plus sur la structure du corps étudié. Cela veut dire aussi qu'il s'agit de faire des hypothèses et de les vérifier.

Ces vérifications mènent à l'élaboration d'un modèle. Il ne s'agit ni d'un schéma, ni d'une photographie mais plutôt d'une idée de l'objet que l'on affine peu à peu. Un modèle n'est donc probablement pas la réalité.

Il permet en tout cas de conceptualiser, de matérialiser cet objet avec le plus d'exactitude possible. Chaque découverte affine un peu plus cette image que l'on en a. A tout moment, on confronte le modèle à ce que l'on voit (structure de molécules, ...) et on ajoute une couche (un concept) pour l'aider à expliquer ce que l'on voit ...

 Un modèle, c'est comme un oignon, on a le noyau central qui fait l'image globale et on a différentes couches qui sont venue s'ajouter pour tenter d'expliquer un peu mieux la réalité.  oignon modèle.resized 

 

 

 

Regardons d'un peu plus près ce qui pousse les éléments à réagir si différemment. Dans le tableau périodique, une colonne est très importante pour comprendre cela, c'est la dernière colonne ; celle des gaz inertes. Si ils sont inertes, c'est parce qu'ils ne réagissent pas, ils ne souhaitent pas changer de structure électronique .... Quand on ne souhaite pas changer, c'est que l'on est bien comme on est ; on est stable ... Quand nous regardons leur structure électronique, nous nous apperçevons que leur dernière orbitale est complète ; elle contient le maximum d'électrons. C'est ce qui les rend si particuliers, si stables, si inertes !

En soi, tous les éléments souhaitent atteindre cette stabilité, ressembler aux gaz rares et pour y arriver, avec le moins d'effort (le moins de dépense énergétique), il leur faut des stratégies différentes car leurs structures électroniques sont parfois très différentes.  Il vont choisir de faire correspondre leur structure électronique à celle du gaz inerte le plus proche (et s'entourer de 8 électrons), c'est ce que l'on appelle la règle de l'octet ... qui a ses limites ...

Nous expliquerons plus en détail ce qui se passe lors de la formation de molécules ou d'ions, ainsi que les notations à utiliser dans le chapitre dédié aux molécules. Nous allons simplemen, ici, expliquer la tendance naturelle des éléments à former des molécules ou des ions.

Prenons les familles "a" pour l'expliquer facilement :

TP familles a

Ceux de gauche (les familles Ia, IIa et IIIa), les métaux, ont un, deux ou trois électrons en plus qu'un gaz rare, ils auront tendance à les perdre pour ressembler plus facilement à un gaz inerte : le précédent. 

lewis alcalins
lewis alcalino terreux
lewis terreux
Ceux de droite (les familles VIIa, VIa et Va), ont à peu de chose près, la structure d'un gaz rare, il leur manque un, deux ou trois électrons. Ils auront plus facile de prendre les électrons qui leur manque. lewis halogenes
lewis sulfurides
lewis azotides

Finalement comme il y a 8 familles "a" ; il y a ceux qui sont au milieu (la famille IVa) ... et qui ont 4 électrons célibataires. Ceux là pourront prendre ou perdre leurs 4 électrons. lewis carbonide

 

 

 

L'électronégativité
 

Si certains éléments prennent ou perdent des électrons (et nous verrons pourquoi et comment plus loin), il y aura un déséquilibre entre le nombre de protons dans le noyau (qui n'à pas changé) et le nombre d'électrons qui lui aura changé. On ne les appelera plus des éléments (un élément est par définition neutre) mais des ions. On poura ainsi avoir :

  • des ions positifs : ceux qui ont perdu des électrons (l'électron étant négatif, il y aura alors plus de protons que d'électrons, plus de charges + que de charges -).
  • des ions négatifs : ceux qui ont pris des électrons (puisqu'ils auront plus d'électrons que de protons)

On a donc, en fonction de leur position dans le tableau, des éléments qui auront tendance à prendre des électrons et d'autres qui auront tendance à les perdre. Ce constat nous amène à définir un nouveau concept, celui de l'électronégativité :

tug of war 1013740 1920 

 

L'électronégativité est la tendance d'un atome à garder ses électrons et à en attirer d'autres.

 

Nous dirons donc que les métaux (qui ont tendance à perdre leurs électrons) seront moins électronégatifs que les non-métaux qui auront tendance à garder leurs électrons et à en attirer d'autres.

Si on recolorie le tableau périodique en prenant comme code couleur que

  • plus l'élément est électronégatif il sera rouge (maximum : le fluor en bordreau)
  • moins l'élément est électronégatif il sera bleu (minimum : le francium en bleu foncé)

Nous obtenons un nouveau visuel du tableau périodique qui décrit fort bien cette tendance qu'est l'électronégativité. On remarque que l'électronégativité augmente lorsque l'on remonte une famille ou quand on parcours une période de gauche à droite. Certains éléments peuvent sortir de cette logique, cela leur confert généralement des propriétés particulières.

 

TP electroneg

 

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