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Constitution de la matière à l'échelle microscopique et macroscopique

Ouverturep. 16-17

1. Constitution et transformations de la matière

Ch. 1

Identification des espèces chimiques

Ch. 2

Composition des solutions aqueuses

Ch. 3

Dénombrer les entités

Ch. 4

Le noyau de l’atome

Ch. 5

Le cortège électronique

Ch. 6

Stabilité des entités chimiques

Testez le chapitre 100 % débloqué

Ch. 7

Modélisation des transformations physiques

Ch. 8

Modélisation des transformations chimiques

Ch. 9

Synthèse de molécules naturelles

Ch. 10

Modélisation des transformations nucléaires

2. Mouvement et interactions

Mouvement et interactions

Ouverturep. 198-199

Ch. 11

Décrire un mouvement

Ch. 12

Modéliser une action sur un système

Ch. 13

Principe d’inertie

3. Ondes et signaux

Ondes et signaux

Ouverturep. 250-251

Ch. 14

Émission et perception d’un son

Ch. 15

Analyse spectrale des ondes lumineuses

Ch. 16

Propagation des ondes lumineuses

Ch. 17

Signaux et capteurs

Méthode

Fiches méthode

Fiches méthode compétences

Annexes

Rabats de début

/ 339

Vue papier

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Chapitre 5

Exercices

Pour s'entraîner

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23
Gaz nobles

✔ ANA : Faire le lien entre le modèle microscopique et des observations macroscopiques

Les gaz nobles réagissent peu avec les autres éléments chimiques. Ces éléments ont de nombreuses utilisations.

1. Écrire les configurations électroniques des atomes d'hélium, de néon et d'argon.

2. Combien d'électrons ont-ils sur leur couche externe ?

3. Identifier la propriété commune à ces trois gaz.

Données

Lampes à décharges remplies du gaz noble

Photographie du symbole chimique He (Hélium) lumineux, formé de tubes de verre incandescents orangés sur fond noir.

Photographie du symbole chimique du néon (Ne) rougeoyant.

Photographie du symbole chimique de l'argon (Ar) lumineux, formé de tubes de verre rose.

Photographie des lettres Kr lumineuses, symboles du krypton.

Photographie des lettres Xe lumineuses bleues sur fond noir.

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24

Tester des points clés en QCM

✔ MOD : Déterminer la structure du nuage électronique

L'acide phosphorique de formule

H_{3} PO_{4}

est un régulateur de pH présent dans les sodas.

1. Quelle est la structure électronique du phosphore

_{15}^{31} P

?

a. 1s²2s²2p⁶3s²3p³.

b. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴.

c. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹.

2. Quelle est la position de l'élément phosphore dans la classification ?

a. 16^e colonne de la 3^e période.

b. 15^e colonne de la 3^e période.

c. 13^e colonne de la 4^e période.

d. 13^e Aucune de ces propositions.

3. L'atome de phosphore gagne trois électrons pour former un anion. Quelle est la formule de cet ion ?

a.

P^{3 -}

.

b.

P^{3 +}

.

4. Quelle est la structure électronique du gaz noble le plus proche ?

a. 1s²2s²2p⁶.

b. 1s².

c. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶.

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25
Oh la belle rouge !

✔ MOD : Déterminer la structure du nuage électronique

La couleur des feux d'artifice dépend des éléments chimiques présents dans la bombe.

Feux d'artifice dorés illuminant la Tour Eiffel de nuit.

1. Quels sont les atomes qui ont été utilisés pour le feu d'artifice de l'image ci-dessus ?

2. Écrire leur configuration électronique.

Couleur et composition des feux d'artifice

Couleur	Élément	Isotopes stables (non radioactifs)
Blanc	Magnésium	$_{12}^{24} Mg$ $_{12}^{26} Mg$ $_{12}^{25} Mg$
Violet	Potassium	$_{19}^{39} K$ $_{19}^{41} K$
Jaune	Sodium	$_{11}^{23} Na$
Rouge	Lithium	$_{3}^{6} Li$ $_{3}^{7} Li$

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26
Composition chimique de la Terre

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

La Terre est principalement composée de fer (32,1 %), d'oxygène (30,1 %), de silicium (15,1 %) et de magnésium (13,9 %). Si on regarde la composition de la croûte terrestre, le deuxième composant après la silice est l'alumine :

Al_{2} O_{3}

. L'alumine est un solide ionique composé d'ions aluminium

_{13} Al^{3 +}

et d'ions oxyde

_{8} O^{2 -} .

1. Parmi ces deux ions lequel est un cation ? Justifier.

2. Écrire la configuration électronique des atomes d'aluminium et oxygène.

3. L'aluminium et l'oxygène appartiennent-ils à la même famille chimique ? Justifier.

4. À quelles périodes appartiennent-ils ?

Détails du barème
TOTAL /4 pts

0,5 pt

1. Connaître la définition du mot cation.

1 pt

2. Écrire une configuration électronique.

0,5 pt

2. Expliquer la réponse.

0,5 pt

3. Connaître les critères de classification.

0,5 pt

3. Connaître la définition d'une famille chimique.

1 pt

4. Connaître le lien entre configuration électronique et position dans la classification.

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27
In English !

✔ APP : Extraire des informations de documents

Lire les documents 1. et 2. ci-dessous puis répondre aux questions.

Doc. 1
Alcali metals

The alkali metals are a group of elements in the periodic table. They are all in the first column of the periodic table. The only element in the column that is not usually considered an alkali metal is hydrogen. […]

D'après « Alkali metals »,
www.ducksters.com.

Doc. 2
Alcali metals properties

Alkali metals share many similar properties including :

they are very reactive ;

they all have one valence electron in the outermost shell which they seek to lose in order to have a full outer shell. This is what makes them so reactive ;

they are soft enough to be cut with a knife ;

when exposed to air, they tarnish due to oxidation ;

they are not found in nature as a free element, but generally as salts ;

they react when coming into contact with water. Some of them will even explode when they come into contact with water ;

they are malleable, ductile, and good conductors of electricity and heat.

D'après « Alkali metals », www.ducksters.com.

Vocabulaire

Seek : chercher.

Outer : extérieur.

Tarnish : ternir, noircir.

Photographie de métaux alcalins : lithium, sodium et potassium, présentés dans des flacons et sur des verres de montre.

1. De quelle famille s'agit-il ?

2. Quelle indication dans les documents nous indique la colonne concernée ?

3. Quels sont les éléments qui appartiennent à cette famille ?

4. Pourrait-on supposer qu'ils appartiennent à la même famille uniquement à partir des données expérimentales ? Justifier.

5. Quelle précaution doit-on prendre pour les stocker ? Justifier.

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28
Des exceptions qui confirment la règle

✔ APP : Extraire des informations utiles de supports variés

La règle de Klechkowski donne l'ordre de remplissage des sous-couches électroniques.

Doc. 1
Règle de Klechkowski

Règle de Klechkowski

Doc. 2
Configurations électroniques de quelques exceptions

$_{24} Cr$ : ... 3d⁵4s¹ ;
$_{29} Cu$ : ... 3d¹⁰4s¹ ;
$_{41} Nb$ : ... 4d⁴5s¹ ;
$_{42} Mo$ : ... 4d⁵5s¹.

Doc. 3
Des cas exceptionnels ?

Il existe des exceptions à la règle de Klechkowski, certains éléments ne respectent pas cet ordre. On observe alors un transfert entre leur sous-couche s au profit de leur sous-couche d ce qui permet à cette dernière d'être remplie (dix électrons) ou demi-remplie (cinq électrons). L'énergie globale du cortège électronique est ainsi plus faible.

D'après « Exception à la règle de Klechkowski », elementschimiques.fr.

Doc. 4
Exemple de pépite de cuivre et d'argent

Photographie macro d'une pépite de cuivre brute, aux formes irrégulières et à la texture rugueuse.

Photographie macro d'une pépite d'argent brute, brillante et aux formes irrégulières.

1. Doc. 1
Écrire la configuration électronique théorique des atomes de chrome

_{24} Cr

et de cuivre

_{29} Cu

.

2. Doc. 2
Quelle est leur configuration électronique réelle ?

3. Doc. 3
Pourquoi ce changement ?

4. Doc. 4
L'argent et l'or appartiennent à la famille du cuivre. Ils sont respectivement dans la période 5 et 6. Quelle sera la composition de leur sous-couche externe ?

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29

Copie d'élève à commenter

Proposer une justification pour chaque erreur relevée par le correcteur.

1. La configuration électronique de l'atome sodium est $_{11}^{13} Na$ : ~~1s²2s⁶2p²3s¹~~.

2. Le sodium appartient à la ~~3^e colonne~~ et à la ~~1^epériode~~ car il a 1 électron sur sa couche externe.

3. Dans une même famille chimique, ~~les éléments ont la même couche externe~~.

4. Le lithium a pour configuration électronique 1s²2s¹ ; ~~c'est donc un gaz noble~~ puisque sa ~~couche interne~~ contient 2 ~~électrons~~.

5. Si la configuration électronique de l'atome de bore est 1s²2s²2p¹ et celle du lithium est 1s²2s¹ alors ils sont de la même famille puisqu'~~ils ont le même nombre d'électrons sur leur couche externe~~.

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