Chapitre C02. La struture de la matière

Chapitre C02.
La structure de la matière
I. Structure de la matière (rappel de 4ème)
A. Les atomes.
Les molécules sont formées d’atomes.
Les atomes sont représentés par un symbole.
Nom de l’atome
Symbole
Hydrogène
H
Oxygène
O
Carbone
C
Azote
N
Modèle
B. Les molécules.
Les molécules sont des groupes d'atomes liés entre eux.
On représente une molécule par une formule et un modèle moléculaire.
Ex : l’eau a pour formule H2O.
H2 O
1 atome d'oxygène O
2 atomes d'hydrogène H
Remarque : on n’écrit pas le chiffre 1 dans les formules chimiques. Il est sous-entendu
lorsque rien n’est précisé. (Ex : H2O(1) contient un atome d’oxygène)
Chapitre C02 – Mme PINEL
C. Quelques exemples de molécules.
Réalise les différentes molécules à l’aide des modèles moléculaires. Complète le tableau.
Nom de la
molécule
Formule
Dihydrogène
H2
2 atomes d'hydrogène H
Dioxygène
O2
2 atomes d'oxygène O
Eau
H2O
2 atomes d'hydrogène H
1 atome d'oxygène O
CO2
1 atome de carbone C
2 atomes d'oxygène O
Méthane
CH4
1 atome de carbone C
4 atomes d'hydrogène H
Diazote
N2
Dioxyde de carbone
Composition
2 atomes d'azote N
Chapitre C02 – Mme PINEL
Modèle
moléculaire
II. La structure de l'atome
A. Activité documentaire.
DE L’ANTIQUITÉ À NOS JOURS : COMMENT EST CONSTITUÉE LA MATIÈRE ?
Activité documentaire : lire le texte et répondre aux questions.
L’ATOME : UN MODÈLE POUR COMPRENDRE LA CHIMIE.
Dès 420 avant JC, Démocrite (philosophe grec) a l’intuition de l’existence des atomes et invente leur
nom (« atomos » en grec qui signifie insécable).
Aristote (philosophe grec) conteste cette existence et son prestige est tel qu’il faut attendre le début du
XIXème siècle pour que cette idée reprenne vie.
• En 1805, John Dalton annonce au monde l’existence des atomes : sphère simple indivisible, comme une
boule de billard.
• En 1881, J. J.Thomson découvre l’un des composants de l’atome. Il s’agit de particules élémentaires
négatives appelées en 1891 électrons.
• Au début du XXème siècle, l’ambition des physiciens est de proposer un modèle de l’atome en précisant la
répartition de la charge électrique à l’intérieur de celui-ci.
• En 1904, Thomson partant de l’idée que l’atome est électriquement neutre, pense qu’il doit contenir des
charges positives qui doivent compenser les charges négatives des électrons. Il suppose que la charge
positive est répartie dans un petit volume (qui peut avoir la forme d’une sphère) et qu’elle est parsemée
d’électrons (pudding de Thomson).
• En 1910 Rutherford bombarde différents échantillons de matière (cuivre, or, argent) avec des particules et il
déduit de son expérience que la charge positive doit occuper un tout petit volume qu’il appelle « noyau ».
Après « un petit calcul » il trouve que la majorité de la masse de l’atome est concentrée dans un noyau
minuscule. Les dimensions du noyau sont de l’ordre de 10-15m (100 000 fois moins que les dimensions de
l’atome) et sa charge totale est un multiple entier de la charge de l’électron ( au signe près ).
• Rutherford pense alors au modèle planétaire pour décrire un atome. En effet la masse du système solaire
est essentiellement concentrée dans le Soleil, tout comme celle de l’atome est concentrée dans le noyau. Il
propose donc comme modèle un tout petit noyau chargé positivement et comportant l’essentiel de la masse
de l’atome, autour duquel les électrons décrivent des orbites.
Depuis, d’autres modèles plus complexes ont permis d’expliquer de nombreux autres phénomènes.
Le modèle actuel de l’atome est l’aboutissement d’une longue histoire au cours de laquelle les
représentations qu’on s’en fait ont profondément évolué.
Nous retiendrons pour la classe de troisième un modèle simple constitué d’un noyau autour duquel
gravitent des électrons qui forment un nuage électronique.
Il est nécessaire d’élaborer un modèle pour pouvoir expliquer différents phénomènes et en prévoir les
conséquences. Celles-ci, soumises à l’expérience, permettent de valider le modèle, de l’améliorer ou de le
rejeter.
Cependant, il n’est pas toujours nécessaire d’utiliser le modèle le plus complexe pour expliquer de façon
simple un certain nombre d’observations. Il suffit de bien en connaître les limites.
Texte construit à partir de Sciences et Avenir de décembre 1994, Sciences et Vie Junior d’octobre 1998,
Electrons et Atomes (Thèmes Vuibert) et des documents d’accompagnement.
Questions
1 - Parmi les différents savants qui ont participé à l’élaboration du modèle
atomique, relever ceux qui sont cités dans le texte depuis le début du XIX ème
siècle.
Les scientifiques à retenir sont : John DALTON, J.J. THOMSON et RUTHERFORD
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2 - Le modèle de J. J. Thomson.
• Quel est le constituant de l’atome découvert par J. J. Thomson ?
Le constituant de l'atome qu'il a découvert est l'électron (symbole e-)
• Cette particule porte-t-elle une charge ?
Cette particule porte une charge négative.
• Quel est le modèle proposé par J. J. Thomson ? Essaye de le dessiner.
Modèle de Thomson : l'atome est modélisé comme une substance pleine, électriquement
positive, truffée d'électrons, particules chargées négativement.
« pâte » chargée positivement
électrons
3 - Le modèle de Rutherford.
• Que déduit Rutherford de son expérience ?
Rutherford déduit de son expérience que la charge positive de l'atome doit être répartie
dans un tout petit volume, appelé le noyau.
• Que trouve-t-il après « un petit calcul » concernant :
- la masse de l’atome comparée à celle du noyau ?
La majorité de la masse de l'atome est concentrée dans le noyau.
- les dimensions de l’atome comparées à celle du noyau ?
Le noyau est 100 000 fois plus petit que l'atome, de l'ordre de 10-15 m
- le nombre de particules positives du noyau par rapport au nombre d’électrons ?
Il y a autant de charges positives dans le noyau, que d'électrons.
• Pourquoi peut-on dire que la matière est constituée essentiellement de vide ? (Utiliser
les réponses précédentes).
La matière est constituée essentiellement de vide car il y a un grand espace vide entre le
noyau de l'atome et les électrons qui gravitent autour, comme les planètes autour du Soleil :
c'est une structure lacunaire.
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• Quel est le modèle proposé par Rutherford ? Essaye de le dessiner.
Modèle de Rutherford :
l'atome est modélisé par un noyau central électriquement positif autour duquel tournent des
électrons, particules négatives.
Electrons
Noyau
Conclusion :
La matière est formée d’atomes, dont les dimensions sont très petites.
Nous utiliserons le modèle planétaire de Rutherford :
Un atome est composé d'un noyau chargé positivement, autour duquel gravitent des
électrons chargés négativement.
La matière possède une structure lacunaire car il existe un grand espace vide entre le
noyau est les électrons.
B. La charge de l'atome.
Il existe une centaine de noyaux différents, dont 90 sont naturels, caractérisés par le nombre
de charges qu’ils portent, noté Z et appelé numéro atomique.
L’ensemble des atomes connus est classé dans un tableau, donné par Mendeleïev, appelé
classification périodique des éléments. (voir document joint)
Règle à retenir :
Dans un atome, il y a toujours autant de charges positives que de charges négatives : on dit
que l’atome est électriquement neutre.
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Exemple :
le numéro atomique de l'aluminium Al vaut : (regarder sur votre classification périodique)
Z = 13
-
Numéro
atomique
13
Al
aluminium
-
-
-
-
électron
-
13 +
-
-
noyau
-
-
L'atome d'aluminium possède 13 charges positives dans son noyau, il y aura donc 13
électrons (e-) dans le nuage électronique autour du noyau, car il doit être électriquement
neutre.
Conclusion :
Un atome est constitué d’un noyau chargé positivement et d'électrons chargés
négativement.
Un atome possède toujours autant d'électrons que de charges positives dans son
noyau car il est toujours électriquement neutre.
Je dois savoir…
Chapitre C 02
✔ que la matière est électriquement neutre et qu’elle est constituée d’atomes ;
✔ représenter un atome selon le modèle planétaire de Rutherford ;
✔ comparer les ordres de grandeur des dimensions de l’atome et du noyau ;
✔ que l'atome possède une structure lacunaire ;
✔ qu’un atome est électriquement neutre : il y a autant de charges positives dans son
noyau que d'électrons chargés négativement autour du noyau.
Chapitre C02 – Mme PINEL