Science - Unit 2 - Chimie
Les Éléments - Les Atomes et les Composés
A.La matière et ses propriétés
La chimie est la science qui étudie la nature de la matière et les changement qu’elle subit au cours de divers processus.
Définition: La matière
La matière constitue tout ce qui possède une masse et qui occupe l’espace. Outre la matière, noter que l’univers est composé d’énergie (lumière, chaleur, électrcité, etc…). C’est l’énergie qui cause le changement que subit matière.
La matière peut exister sous trois états physiques différents qui sont:
L’état solide (qui possède un volume et une forme fixe.)
L’état liquide (qui possède un volume défini mais aucune forme précise, il prend la forme de son contenant.)
L’état gazeux (qui n’a ni volume, ni forme définis, il prend le volume et la forme de son contenant.)
Propriétés de la matière
On distingue deux types des propriétés: Les propriétés physique et les propriétés chimiques
Propriétés physiques
Les propriétés physiques décrivent les caractéristiques physiques qui sont propres à une substance et qui peuvent être observées sans changer sa nature. Elles peuvent être qualitatives ou quantitatives.
Les propriétés physiques qualitatives ne sont pas mesurables et incluent la dureté, la malléabilité et la conductivité électrique.
EX: la couleur de ton cellulaire
Les propriétés physiques quantitatives sont mesurables, incluant la température, la hauteur et la masse.
EX: le poids de ton cellulaire
Les Changements Physiques
Un changement physique est un changement dans lequel la composition d’une substance n’est pas modifiée et où aucune nouvelle substance n’est introduite.
EX: Un fil de fer, tu le plies, il subit un changement physique, mais pas de composition.
Les Propriétés Chimiques
Une propriété chimique est une caractéristiques d’une substance déterminée par un changement de sa composition et la production d’une ou plusieurs nouvelles substances.
Changement Chimique
C’est un changement dans la composition de la ou des substances initiales et productions d’une ou de nouvelles substances.
EX: la pâte de farine devient la pizza durant un changement chimique qui est la cuisson au four.
Les manifestations d’un changement chimiques comportent:
Un changement de couleur
Un changement d’odeur
La production de gaz
La formation d’un précipité
Un changement de température
etc.
Qu’est-ce qu’un élément
Un élément est une substance formée d’une seule sorte d’atome. Il est impossible de séparer d’atomes ce type de substance par moyens physiques ou chimiques.
EX: Argent est un élément chimique plus simple
Tout élément chimique est représenté dans un tableau périodique par un symbole.
Argent = Ag
Un élément peut donc être un atome qui est seul ou bien une molécule composée d’atomes identiques liés chimiquement ensemble.
EX: Fe, O2, H2
Qu’est-ce qu’une atome
Une atome est une particule très petite qui est à la base de la constitution de la matière, il est invisible à l’oeil nu et est indivisible.
Sa structure électrique
Un atome est constitué d’un noyau porteur d’électricité positive, on les appelle les protons (p+) et le porteur d’électricité négative, on les appelle les électrons (e-).
Dans une atome, il y a toujours autant de protons que d’électrons (#p+ = #e-).
L’ensemble constitué par le noyau et en électrons et en électrons est électriquement NEUTRE. Le noyau est très petit vis-à-vis de la taille de l’atome. Néamoins, sa poids constitue la quasi-totalité de celle de l’atome.
Qu’est-ce qu’un composé
Un composé formé lorsque des atomes différents se combinent ou encore sont liés chimiquement.
EX: H2O (l’hydrogène et l’oxygène sont combinées dans une proportion fixe de 2:1 pour former le composé de l’eau)
CO2 (le dioxyde de carbone, le carbone et l’oxygène sont combinées dans une proportion de 1:2)
Donc, dans un composé, les éléments sont chimiquement combinés en une proportion fixe.
Un composé est une molécule constituée d’atomes différents liés chimiquement ensemble.
Ces atomes différents peuvent être séparés par moyens chimiques.
Qu’est-ce qu’une molécule
Une molécule est un regroupement d’au moins deux atomes qui unis par des liens chimiques. Ces atomes peuvent être identiques (élément) ou différent (composé).
Les éléments et le tableau périodique
Les symboles chimiques
Élément: une substance qui est pure (propre type de particules).
Symbole chimique: une façon de représenter un élément.
EX: Hydrogène= H Oxygène= O H2O= une molécule d’eau
Les symboles chimiques sont universels. Ils sont les mêmes dans les toutes les langues.
Les règles pour créer le symbole chimique des éléments
Règle 1. Utilisation de la première lettre du nom de l’élément en majuscule.
EX: Carbon = C
Règle 2. Si la première est déjà utiliser par un autre élément, prendre le 2 premiers du nom (Majuscule suivie par minuscule)
EX: Cuivre = Cu
Règle 3. Si les deux premières lettres sont déjà pris, prendre la première lettre et une autre lettre.
EX: Berkélium = Bk
Les métaux, les non-métaux et les métalloïdes
Les métaux
Un métal est un élément qui possède ces propriétés:
Le lustre
La conductivité
La malléabilité
La ductilité
Les non-métaux
Un non-métal est le plus souvent un gaz ou un solide poudreux et mat.
Les non-métaux sont généralement des mauvais conducteurs de courant, peu de chaleur et d’électricité.
Les métaloïdes
Un métalloïde possède à la fois des propriétés des métaux et des non-métaux.
Dans un tableau périodique, la plupart des éléments sont des métaux, on les retrouve dans la partie gauche, tandis que les éléments non-métalliques sont dans la partie droite. Entre les groupes, on trouve les éléments métalloïdes.
Régularités dans le tableau périodique
Un tableau périodique est composé des éléments classés selon leurs similitudes des propriétés, en lignes horizontales (rangées) et en lignes verticales (colonnes).
Il y a 18 colonnes appelées FAMILLES, dont 8 familles notées (de 1 à 2) et (de 13 à 18). Les 10 familles notées (de 3 à 12) sont des métaux de transition. Et 8 rangées appelées PÉRIODES.
Familles chimiques
Les éléments d’une même colonne forment une famille. Ils ont les propriétés chimiques voisines.
Donc, les éléments du
Famille 1: Métaux alcalins
Famille 2: Alcalins Terreaux
Famille 13: Terreux
Famille 14: Carbonides
Famille 15: Azotides
Famille 16: Sulfurides
Famille 17: Halogènes
Famille 18: Gazes rares
Périodes
Une période est une rangée (ligne horizontale), leur tableau périodique. On dit que tableau périodique (qui régulièrement) car on retrouve les éléments avec les mêmes propriétés à des intervalles réguliers, on trouve donc une colonne, il y a 8 périodes.
Ligne 1 = Période 1
Ligne 2 = Période 2 etc.
Le numéro d’une période est toujours égal au nombre de couches électroniques qu’un atome.
EX: Na L’atome de sodium se trouve dans la période 3, alors qu’il possède trois couches électroniques.
Couche Électronique
Une couche électronique est une zone autour du noyau d’un atome. On note les couches par des lettres (K, L, M, etc.).
Un atome est composé d’un noyau dans lequel on trouve les protons (p+) et les neutrons (n0) et d’électrons (e-) qui se déplacent autour. Ces électrons occupent des zones autour des noyaux (appelées couches électroniques). Ces couches ont pour caractéristiques d’avoir un nombre défini d’électrons.
MODÈLE ATOMIQUE DE RUTHERFORD-BOHR
Numéro atomique et nombre de masse
Dans un tableau périodique, on retrouve les informations suivants:
Z = nombre atomique, c’est le nombre de protons que l’élément contient.
A = le nombre de masse, c’est la masse d’un atome de cet élément.
Le nombre de masse donne aussi du nombre moyen de neutrons que le noyau contient.
X = le nom de l’atome
Un neutron: C’est une particule de charge neutre située dans le noyau de l’atome note n0.
Ainsi, le nombre de neutrons = nombre de masse - nombre atomique
#n0 = A – Z
Modèle Atomique de Rutherford-Ford
Ce modèle a pour but de représenter un atome en indiquant le nombre de ses protons dans le noyau dans le nombre d’électrons qui tournent autour de son noyau dans les couches électroniques.
Pour remplir les couches électroniques avec les électrons, on doit respecter les règles suivantes
la première couche doit contenir au maximum deux électrons (bien remplie)
La deuxième couche doit contenir au maximum 8 électrons (bien remplie) et ceci c’est jusqu’au numéro atomique 20
La dernière couche ne doit pas avoir plus de 8 électrons
On écrit: K(2) L(8) M(8) K = 2é L = 8é M = 8é
EX: l’oxygène possède 8 électrons Sa distribution électronique sera K(2) L(6)
Argon = K(2) L(8) M(8)
Couche de Valence
Déf: la couche de valence est la couche électronique externe dite aussi couche périphérique, donc la dernière couche d’un atome. La couche de valence est la couche électronique M.
Électron de valence
Sont les électrons qui se trouvent sur la couche de valence et qui sont susceptibles d'intervenir dans l'établissement des liaisons chimiques entre différents atomes pour former une molécule.
Comment déterminer le nombre d'électrons de valence
Dans le tableau périodique, le nombre le groupe on famille peuvent de connaître le nombre d'électrons de valence. Donc, le nombre d'électrons de valence correspond au nombre de chiffre des unités du nombre de groupe au famille.
Ainsi on a;
Pour la famille 18; sauf l'hélium qui lui possède que 2 électrons.
La connaissance des électrons de valence d'un atome peuvent de mieux comprendre ou de mieux anticiper les réactions chimiques car, ce sont eux qui interviennent dans les liaisons chimiques.
Le diagramme de Lewis
Le diagramme de Lewis sont à représenter les éléments et leurs électrons de valence. Les éléments de valence sont représentés par les points autour de l'élément.
Liaisons Chimiques
Pourquoi les éléments participent à des réactions chimiques?
Peut-on prédire comment les éléments se lient ensemble pour former des composés chimiques?
Les atomes participent à des réactions chimiques dans le but d’avoir leur couche périphérique ou couche de valence pleine d’électrons.
Lorsque la couche de valence est pleine d'électrons, on dit qu’elle est STABLE.
Pour être stable, l’hydrogène doit avoir 0 ou 2 électrons.
Les éléments du numéro atomique 2 (Hélium) jusqu’à 5 (Bore) doivent avoir 2 électrons sur leur couche de valence pour être stable.
Les éléments de numéro 6 (carbone) jusqu’à 20 (calcium) doivent avoir 8 électrons sur leur couche de valence pour être stable.
Pour avoir une couche pleine d’électrons, les atomes peuvent soit:
Gagner un ou plusieurs électrons provenant d’autres atomes (GAIN D’ÉLECTRONS)
Donner un ou plusieurs électrons à l’autre atome (porte d’électrons)
Partager des électrons avec d’autres atomes
LES ÉLECTRONS DE VALENCE ET LES GROUPES D’ÉLÉMENTS (FAMILLES)
Les métaux alcalins
Les métaux alcalins ont l’électron dans leur couche de valence. Ils doivent donc perdre l’électron pour devenir stable.
Les métaux alcalino-terreux
Les métaux alcalino-terreux ont 2 électrons de valence et ils doivent les perdre pour devenir stable.
Les Halogènes
Les halogènes ont 7 électrons de valence, pour devenir stable ils doivent gagner 1 électrons.
Les gaz rares ou inertes
La couche de valence de valence de gaz inertes est déjà pleine d’électrons. Ils ne peuvent ni gagner ni perdre d’électrons. Donc, les gaz inertes ne participent pas aux réactions chimiques.
Liaisons Chimiques
Déf: Une liaison chimique le transfert ou le partage d’un ou plusieurs électrons entre deux atomes.
La formation d’une liaison chimique entre deux atomes crée un composé plus stable que chacun des atomes pris séparément.
Pour être stable, chaque atome doit chercher à remplir sa couche de valence. À cet effet, certains atomes ont tendance à gagner des électrons supplémentaires et d’autres vont plutôt en (cèdes) on perdre les électrons de valence des atomes que l’on veut lier subissent l’influence de chacun des noyaux impliqués.
RÈGLE D’OCTET
C’est la tendance que les atomes ont d’acquerir la configuration électronique du gaz rare qui est le plus proche dans le tableau périodique.
Quand un élément qui perd des électrons, il devient appelée un ion chargé positivement (Cation).
EX: Écrit comme ça - Al3+
Quand un élément gagne des électrons, il devient un ion chargé négativement (Anion).
EX: Écrit comme ça - F1-
Les métaux deviennent des ions chargés positivement (Cation) An+.
Les non-métaux deviennent des ions chargés positivement (Anion) Bm-.
M = Nombre d’électrons reçus
N = Nombre d’électrons perdus
CATION ET ANION
Lorsqu’un atome perd ou gagne un ou des électrons sans que le nombre de ses protons change, il devient un ION et porte une charge positive ou négative.
CATION: Est un ion à charge positive c’est-à-dire qui a perdu ds électrons pour se stabiliser sans changer le nombre de de ses protons et est noté avec l’exposant positif
EX: Xn+ ou n est le nombre d’électrons perdus
ANION: Est union à charge négatif c’est-à-dire qui a gagné des électrons pour se stabiliser sans changer le nombre de ses protons et est noté avec l’exposant négatif.
EX: Xn- ou n est le nombre d’électrons gagnés
Le tableau résumé des ions formés par les éléments de principales familles du tableau
TYPE DE LIAISONS
Il y a trois types des liaisons chimiques:
Liaisons ioniques
Liaisons covalentes
Liaisons métalliques
Liaison ioniques
Il y a une liaison ionique quand un atome transfert des électrons à un autre atome. Ce type de liaison se fait entre métal et un non-métal.
Cation - Anion (ils s’attirent)
La nomenclature et le règles de nomenclature
La nomenclature permet de nommer les composés chimiques, ce qui permet de reconnaître une molécule qui possède deux éléments.
RÈGLES À SUIVRE
L’atome qui apparaît en deuxième dans la formule moléculaire (non-métal) est nommé en premier dans le nom chimique et on doit y ajouter le suffixe “ure” à la terminaison. Il faut donc lire la molécule à l’envers (de droit à gauche).
On ajoute “de” après avoir nommé l’atome. Ensuite, l’atome qui apparaît en premier dans la formule molécule (métal) est nommé en deuxième dans le nom chimique sans être modifié.
On désigne le nombre d’atomes de chaque élément à l’aide d’un préfixe qu’on ajoute au début du nom des éléments.
Pour connaître le nombre maximale de l’électrons sur chaque couche électronique d’un atome, on utilise la règle suivante
Nombre d’électrons = 2n2 avec n le numéro de la couche élevé au carré puis multiplier par 2
Couche 1: 2(1)2 = 2 électrons K(2)
Couche 2: 2(2)2 = 8 électrons L(8)
Couche 3: 2(3)2 = 18 électrons M(18)
Il existe quelques exceptions à la règle de la nomenclature.
Azote = Nitrure Hydrogène = Hydrure Oxygène = Oxyde Carbone = Carbure Soufre = Sulfure
PRÉFIXES EN FONCTION DE NOMBRE D’ATOMES PRÉSENTS DANS LA MOLÉCULES
1 = Mono 2 = Di 3 = Tri 4 = Tétra 5 = Penta 6 = Hexa 7 = Hepta 8 = Octa 9 = Nona 10 = Déca
On n’utilise pas les préfixes avec une liaison ionique.
Liaison Covalente
Une liaison covalente est une liaison chimique dans laquelle deux atomes se partagent un ou des électrons.
Donc,
LIAISON COVALENTES = PARTAGE DES ÉLECTRONS ENTRE DEUX ATOMES
Dans cette liaison
Les deux atomes sont tous les non-métaux
Les deux atomes peuvent être identiques
Un non-métal peut se lier avec l’hydrogène
Il n’y a pas d’ions
On retrouve les liaisons covalentes dans les composés moléculaires
Exemples
H2 deux atomes d’hydrogène vont se partager un seul l’électrons pour une indice
H2O
MÉTHODE DE CHIASME (pour former des molécules)
Trouver les symboles pour les éléments présents sur le tableau périodique (1er métal, 2e non-métal)
Écrivez les charges ioniques en haut
Échangez-les et écrivez-les en bas (en indices)
SImplifiez si c’est possible
Nomenclature (suite)
COMPOSÉ COVALENT = COMPOSÉ MOLÉCULAIRE
Rappel: Un composé ionique contient un métal et un non-métal. Dans sa nomenclature, on n’utilise pas les préfixes (di, tri, etc…). (TRANSFERT DES ÉLECTRONS)
Composé Covalent ou Moléculaire
Un composé covalent ou moléculaire contient deux non-métaux. (PARTAGE DES ÉLECTRONS). Dans sa nomenclature, on utilise les préfixes (di, tri, etc…).
Exemples:
Al2S3 Il est un composé ionique Al = Aluminium S = Soufre SON NOMENCLATURE: Sulfure d'aluminium
N2O3 N = Azote O = Oxygène Il s’agit de composé covalent ou moléculaire. Alors, on doit utiliser les préfixes 2 azotes = Diazote 5 oxygènes = Pentaoxygène = Pentoxyde Donc N2O5 = Pentoxygène de diazote
Trisulfure