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Seconde · Physique-Chimie · Chapitre 1

Constitution et transformations de la matière : de l'atome à la mole

Ce que tu sauras faire

  • Décrire un noyau à partir de son écriture symbolique, et distinguer isotopes, éléments et ions monoatomiques.
  • Établir la configuration électronique d'un atome ou d'un ion des dix-huit premiers éléments, et en déduire ses électrons de valence.
  • Situer un élément dans la classification périodique et prévoir l'ion qu'il forme à partir de sa colonne.
  • Établir le schéma de Lewis d'une molécule simple en appliquant les règles du duet et de l'octet.
  • Utiliser la mole et la constante d'Avogadro pour passer du nombre d'entités à la quantité de matière.
  • Calculer une masse molaire, puis relier masse, quantité de matière et nombre d'entités.
  • Déterminer une concentration, préparer une solution par dissolution ou par dilution, et exploiter le facteur de dilution.
  • Écrire et ajuster une équation de réaction, puis exploiter la stœchiométrie pour identifier le réactif limitant.

Au programme du chapitre

  1. Le noyau et son écriture symbolique
  2. Élément chimique, isotopes et ions monoatomiques
  3. Le cortège électronique : la configuration électronique
  4. La classification périodique des éléments
  5. Les molécules et la liaison covalente
  6. Compter l'invisible : la mole et la constante d'Avogadro
  7. La masse molaire : le pont entre la balance et la mole
  8. Les solutions : dissolution, concentration et dilution
  9. Transformer la matière : équation de réaction et stœchiométrie

Exercices corrigés

Exercice 1

La masse molaire du chlore vaut 35,535{,}5 g/mol. Or un nombre de masse AA est toujours un nombre entier de nucléons. Comment expliques-tu cette valeur décimale ?
Un coup de pouce
Un échantillon réel de chlore contient-il vraiment un seul type de noyau ?
Voir la correction pas à pas
Il n'existe aucun noyau de chlore dont AA vaudrait 35,535{,}5 : ce serait un demi-nucléon, ce qui n'a pas de sens. La valeur 35,535{,}5 g/mol n'est pas la masse d'un noyau, c'est une moyenne. Le chlore naturel est en effet un mélange de deux isotopes : environ 75 % de 1735Cl^{35}_{17}\text{Cl} et 25 % de 1737Cl^{37}_{17}\text{Cl}. La masse molaire de l'élément tel qu'on le trouve dans la nature vaut donc 35×0,75+37×0,25=26,25+9,25=35,535 \times 0{,}75 + 37 \times 0{,}25 = 26{,}25 + 9{,}25 = 35{,}5 g/mol. La décimale ne décrit aucun atome particulier : elle décrit la composition du mélange naturel.

Exercice 2

Un camarade affirme : « L'ion Na+^{+} est positif, donc il a gagné un proton. » Que lui réponds-tu, et quelle règle générale cela illustre-t-il ?
Un coup de pouce
Demande-toi quelles particules sont accessibles à la chimie, et lesquelles ne le sont pas.
Voir la correction pas à pas
Il se trompe de particule. Le noyau du sodium contient 11 protons, et il en contient toujours 11 après la formation de l'ion : ce qui a changé, c'est qu'un électron négatif est parti. Il reste alors 11 charges positives pour seulement 10 charges négatives, d'où le bilan ++.
La règle générale est essentielle : une transformation chimique ne modifie jamais le noyau, elle ne concerne que les électrons. Si le nombre de protons changeait, le numéro atomique ZZ changerait, et l'élément lui-même deviendrait un autre élément : ce serait une transformation nucléaire, pas une réaction chimique.

Les pièges à éviter

  • Confondre AA et le nombre de neutrons dans l'écriture ZAX^{A}_{Z}\text{X}.
  • Croire qu'un ion positif a gagné un proton.
  • Entamer une sous-couche avant d'avoir saturé la précédente, par exemple écrire 1s2 2s2 2p4 3s11s^{2}\,2s^{2}\,2p^{4}\,3s^{1} pour Z=9Z = 9.
  • Compter tous les électrons comme électrons de valence.

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