Structure de la matière – Atomes, ions, molécules | 2de Bac Pro
| Grandeur | Définition | Symbole |
|---|---|---|
| Numéro atomique | Nombre de protons dans le noyau | Z |
| Nombre de neutrons | \(N = A - Z\) | N |
| Nombre de masse | Protons + Neutrons | A |
| Cation | Ion chargé positivement (a perdu des e⁻) | ex : Fe²⁺ |
| Anion | Ion chargé négativement (a gagné des e⁻) | ex : Cl⁻ |
Figure 1 — Modèle de Bohr de l’atome de carbone \(^{12}_6 C\)
L’atome est formé d’un noyau et d’un nuage d’électrons.
1. Le noyau contient des protons (charge +1) et des neutrons (charge nulle, neutres).
2. Les électrons se trouvent dans le nuage électronique (couches électroniques) autour du noyau. Leur charge est −1.
3. Puisque l’atome est neutre, le nombre d’électrons est égal au nombre de protons : les charges se compensent exactement.
4. L’électron est environ 1 836 fois plus léger que le proton. La quasi-totalité de la masse de l’atome est concentrée dans le noyau.
Voici les notations symboliques de cinq atomes courants :
\(\;^1_1\text{H}\;\) \(\;^{12}_6\text{C}\;\) \(\;^{27}_{13}\text{Al}\;\) \(\;^{56}_{26}\text{Fe}\;\) \(\;^{16}_8\text{O}\;\)
1. Tableau :
| Atome | Z (protons) | A (masse) | N = A−Z (neutrons) |
|---|---|---|---|
| H | 1 | 1 | 0 |
| C | 6 | 12 | 6 |
| Al | 13 | 27 | 14 |
| Fe | 26 | 56 | 30 |
| O | 8 | 16 | 8 |
2. Le plus grand Z : Fe (Z=26). Le plus petit : H (Z=1).
3. Le fer a 26 protons et 30 neutrons → il a plus de neutrons que de protons.
La matière peut exister sous trois états : solide, liquide et gazeux.
1. Les particules sont très ordonnées et proches dans l’état solide. Elles sont très éloignées et désordonnées dans l’état gazeux.
2. Boulon en acier : solide | Huile de coupe : liquide | Vapeur d’eau : gazeux | Cire solide : solide
3. Un corps pur est composé d’une seule espèce chimique. Exemples : aluminium pur Al (métal), eau distillée H₂O (liquide).
L’atome de sodium a Z = 11 (11 protons, 11 électrons). Il perd 1 électron.
Nombre de protons = …… (ne change pas)
Électrons au départ : 11 − 1 perdu = …… électrons
Charge = protons − électrons = …… − …… = ……
Réponse : ……………… → on écrit Na…
| Protons | Électrons | Charge | Nom de l’ion | |
|---|---|---|---|---|
| Atome Cl | 17 | 17 | 0 (neutre) | — |
| Ion Cl | 17 | ? | ? | Ion chlorure |
Sodium : 11 protons (ne change pas), 11 − 1 = 10 électrons.
Charge = 11 − 10 = +1. C’est un cation : Na⁺.
Chlore : 17 protons, 17 + 1 = 18 électrons.
Charge = 17 − 18 = −1. C’est un anion : Cl⁻.
Une molécule est un assemblage d’atomes. La formule brute donne le symbole et le nombre de chaque atome.
| Molécule | Formule | Atomes présents | Nombre de chaque | Total d’atomes |
|---|---|---|---|---|
| Eau | H₂O | H et O | 2 H + 1 O | 3 |
| Dioxyde de carbone | CO₂ | ? | ? | ? |
| Méthane | CH₄ | ? | ? | ? |
| Propane | C₃H₈ | ? | ? | ? |
| Molécule | Formule | Atomes | Nombre | Total |
|---|---|---|---|---|
| Eau | H₂O | H, O | 2 H + 1 O | 3 |
| Dioxyde de carbone | CO₂ | C, O | 1 C + 2 O | 3 |
| Méthane | CH₄ | C, H | 1 C + 4 H | 5 |
| Propane | C₃H₈ | C, H | 3 C + 8 H | 11 |
L’eau est un corps pur (composé) : une seule espèce chimique (molécule H₂O), mais formée de 2 éléments différents (H et O).
En atelier de menuiserie, on utilise des clous en acier (fer + carbone) et des vis en laiton (cuivre + zinc).
Réponse : ……………………………………………………
Nombre de protons = ……
Nombre de neutrons = A − Z = …… − …… = ……
Nombre d’électrons (atome neutre) = ……
Indice : la charge est +2, donc protons − électrons = +2.
Électrons = 26 − 2 = …… → il a ……… (perdu/gagné) …… électron(s).
1. L’acier est un mélange (alliage) car il contient deux espèces chimiques : le fer et le carbone.
2. Protons = 26, Neutrons = 56 − 26 = 30, Électrons = 26.
3. Électrons = 26 − 2 = 24. Il a perdu 2 électrons lors de l’oxydation.
En atelier de menuiserie, on manipule des matériaux et des produits dans différents états physiques.
| Matériau / produit | État physique |
|---|---|
| Planche de chêne | ? |
| Colle à bois liquide | ? |
| Vapeurs de vernis | ? |
| Vis en acier | ? |
| Huile de lin | ? |
Étape 1.
| Matériau / produit | État physique |
|---|---|
| Planche de chêne | Solide |
| Colle à bois liquide | Liquide |
| Vapeurs de vernis | Gaz |
| Vis en acier | Solide |
| Huile de lin | Liquide |
Étape 2. Les vapeurs de vernis (gaz) ont les particules les plus espacées : à l’état gazeux, les particules sont très éloignées les unes des autres et se déplacent rapidement.
Étape 3. La colle passe de l’état liquide à l’état solide : c’est une solidification (l’eau s’évapore et les polymères durcissent).
On donne la notation de l’atome de magnésium : \(\;^{24}_{12}\text{Mg}\;\)
Z = …… A = ……
Protons = Z = ……
Électrons = Z = …… (atome neutre)
Neutrons = A − Z = …… − …… = ……
| Atome | Z | A | Protons | Neutrons | Électrons |
|---|---|---|---|---|---|
| Mg | ? | ? | ? | ? | ? |
| Cu | ? | ? | ? | ? | ? |
Étape 1. Mg : Z = 12, A = 24.
Étape 2. Protons = 12, Électrons = 12, Neutrons = 24 − 12 = 12.
Étape 3.
| Atome | Z | A | Protons | Neutrons | Électrons |
|---|---|---|---|---|---|
| Mg | 12 | 24 | 12 | 12 | 12 |
| Cu | 29 | 64 | 29 | 35 | 29 |
| Espèce | Atome / Ion / Molécule ? | Justification |
|---|---|---|
| Fe | ? | ? |
| Cl⁻ | ? | ? |
| H₂O | ? | ? |
| Na⁺ | ? | ? |
| CO₂ | ? | ? |
| Al | ? | ? |
| Espèce | Type | Justification |
|---|---|---|
| Fe | Atome | Un seul élément, pas de charge |
| Cl⁻ | Ion (anion) | Charge négative (−1), a gagné 1 e⁻ |
| H₂O | Molécule | Assemblage de 2 H et 1 O, neutre |
| Na⁺ | Ion (cation) | Charge positive (+1), a perdu 1 e⁻ |
| CO₂ | Molécule | Assemblage de 1 C et 2 O, neutre |
| Al | Atome | Un seul élément, pas de charge |
| Matériau / produit | Corps pur | Mélange | Justification |
|---|---|---|---|
| Aluminium (Al) | □ | □ | ? |
| Acier (Fe + C) | □ | □ | ? |
| Eau distillée (H₂O) | □ | □ | ? |
| Bois | □ | □ | ? |
| Laiton (Cu + Zn) | □ | □ | ? |
| Matériau | Type | Justification |
|---|---|---|
| Aluminium | Corps pur simple | Un seul élément chimique (Al) |
| Acier | Mélange (alliage) | Contient du fer et du carbone |
| Eau distillée | Corps pur composé | Une seule espèce chimique (H₂O), mais 2 éléments |
| Bois | Mélange | Contient cellulose, lignine, eau, résines… |
| Laiton | Mélange (alliage) | Contient du cuivre et du zinc |
Un métreur prépare un devis pour une fenêtre en aluminium. L’aluminium a pour notation symbolique \(^{27}_{13}\text{Al}\).
1. Pour l’aluminium : \(A = 27\) et \(Z = 13\).
2. \(N = A - Z = 27 - 13 = \mathbf{14}\) neutrons.
3. L’atome est neutre, donc le nombre d’électrons est égal au nombre de protons : 13 électrons.
4. Cuivre : \(N = 64 - 29 = \mathbf{35}\) neutrons.
| Situation | État physique |
|---|---|
| Un glaçon dans un verre | ? |
| De la vapeur d’eau qui sort d’une bouilloire | ? |
| De l’huile de lin utilisée pour traiter le bois | ? |
| Une planche de chêne | ? |
1.
| Situation | État physique |
|---|---|
| Glaçon | Solide |
| Vapeur d’eau | Gaz |
| Huile de lin | Liquide |
| Planche de chêne | Solide |
2. Les particules sont les plus agitées à l’état gazeux : elles se déplacent librement à grande vitesse.
3. C’est la fusion (passage de l’état solide à l’état liquide).
Un ion est un atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.
1. Le fer perd 2 e⁻ → il reste 26 − 2 = 24 e⁻. Charge = 26 − 24 = +2. Ion : Fe²⁺ (cation ferreux).
2. Le chlore gagne 1 e⁻ → il a 17 + 1 = 18 e⁻. Charge = 17 − 18 = −1. Ion : Cl⁻. C’est un anion (charge négative).
3. L’aluminium neutre a Z = 13 e⁻. Il en perd 3 → Al³⁺ possède 13 − 3 = 10 électrons.
4. Fe³⁺ a une charge +3 : le fer a perdu 3 électrons lors de la formation de la rouille (oxydation).
Une molécule est un assemblage de plusieurs atomes liés chimiquement. La formule brute indique la nature et le nombre de chaque atome.
1. Formules :
| Molécule | Atomes présents | Nombres |
|---|---|---|
| H₂O (eau) | H et O | 2 H, 1 O |
| CO₂ (dioxyde de carbone) | C et O | 1 C, 2 O |
| CH₄ (méthane) | C et H | 1 C, 4 H |
| C₆H₁₂O₆ (glucose) | C, H et O | 6 C, 12 H, 6 O |
2. Glucose : 6 + 12 + 6 = 24 atomes par molécule.
3. H₂O est un corps pur : il n’existe qu’une seule espèce chimique (la molécule d’eau). Ce n’est pas un mélange.
4. Un atome H + un atome Cl → formule : HCl
On donne les notations : \(\;^{12}_6\text{C}\;\), \(\;^{27}_{13}\text{Al}\;\), \(\;^{56}_{26}\text{Fe}\;\)
1. Neutrons : C : 12−6=6 | Al : 27−13=14 | Fe : 56−26=30
2. Carbone (6 e⁻) : Couche K = 2 e⁻ (saturée), Couche L = 4 e⁻. Configuration : K(2) L(4)
3. Aluminium (13 e⁻) : K = 2 (saturée), L = 8 (saturée), M = 3. Configuration : K(2) L(8) M(3)
4. C’est le fer (Z=26, A=56) qui a le plus grand noyau car il possède le plus grand nombre de nucléons (protons + neutrons : 56).
Voici une liste de substances : eau distillée, huile de lin, acier (alliage fer+carbone), dioxyde de carbone CO₂, air, vinaigre (eau + acide acétique), aluminium pur.
1. Classification :
Corps purs : eau distillée (H₂O), dioxyde de carbone (CO₂), aluminium pur (Al).
Mélanges : huile de lin (mélange d’hydrocarbures), acier (mélange Fe+C), air (mélange N₂+O₂+...), vinaigre (eau+acide acétique).
2. Corps purs simples : Al (un seul élément).
Corps purs composés : H₂O (H et O), CO₂ (C et O).
3. Non : un mélange a des propriétés différentes de ses constituants purs. L’acier est bien plus dur et résistant que le fer pur grâce à la présence de carbone. C’est l’intérêt des alliages en métallurgie.
La rouille est un phénomène d’oxydation du fer qui produit de l’oxyde de fer(III) de formule Fe₂O₃. Elle se forme lorsque le fer est exposé à l’air humide.
1. Fe₂O₃ : 2 Fe + 3 O = 5 atomes par unité formule.
2. Oxygène : N = A − Z = 16 − 8 = 8 neutrons. Notation : \(\;^{16}_8\text{O}\;\)
3. Fe³⁺ signifie que le fer porte une charge +3 : il a perdu 3 électrons lors de la réaction d’oxydation avec l’oxygène.
4. La peinture ou le zinc forment une barrière physique entre le fer et l’air humide, empêchant le contact entre les atomes de fer et les molécules d’oxygène (O₂) et d’eau (H₂O) nécessaires à la réaction d’oxydation.
Voici des matériaux et produits couramment utilisés en atelier :
| Matériau / Produit | Formule brute | Utilisation en atelier |
|---|---|---|
| Aluminium | Al | Carrosserie, pièces légères |
| Cuivre | Cu | Câblage électrique |
| Dioxyde de carbone | CO₂ | Gaz utilisé en mélange pour le soudage MIG/MAG (avec Ar) |
| Acétone | C₃H₆O | Dégraissant, solvant |
| Propane | C₃H₈ | Gaz de chauffage, chalumeau |
| Eau | H₂O | Nettoyage, liquide de refroidissement |
1. Corps purs simples (un seul élément) : Al, Cu.
Corps purs composés : CO₂ (C, O), C₃H₆O (C, H, O), C₃H₈ (C, H), H₂O (H, O).
2. Acétone C₃H₆O : 3 + 6 + 1 = 10 atomes. Éléments : carbone (C), hydrogène (H), oxygène (O).
3. Cuivre : N = 64 − 29 = 35 neutrons. Notation : \(\;^{64}_{29}\text{Cu}\;\)
4. Non, ils n’ont pas les mêmes propriétés : les propriétés chimiques d’une molécule dépendent non seulement de la composition (atomes présents) mais aussi de leur arrangement (structure) et des liaisons chimiques. L’acétone (C₃H₆O) est un solvant tandis que le propane (C₃H₈) est un combustible.
5. Cu²⁺ : charge = +2 → le cuivre a perdu 2 électrons (29 protons − 27 électrons = charge +2).
Recopier et compléter le tableau suivant :
| Atome | Symbole | Z | A | Protons | Neutrons | Électrons | Configuration |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Oxygène | O | 8 | 16 | ? | ? | ? | ? |
| Sodium | Na | ? | 23 | 11 | ? | ? | ? |
| Chlore | Cl | 17 | ? | ? | 18 | ? | ? |
| Calcium | Ca | ? | 40 | ? | ? | 20 | ? |
1. Tableau complété :
| Atome | Z | A | p | n | e⁻ | Config. |
|---|---|---|---|---|---|---|
| O | 8 | 16 | 8 | 8 | 8 | K(2) L(6) |
| Na | 11 | 23 | 11 | 12 | 11 | K(2) L(8) M(1) |
| Cl | 17 | 35 | 17 | 18 | 17 | K(2) L(8) M(7) |
| Ca | 20 | 40 | 20 | 20 | 20 | K(2) L(8) M(8) N(2) |
2. Le calcium (Ca) a 20 neutrons, autant que le chlore (18) et l’oxygène (8). C’est le calcium qui en a le plus.
3. \(\;^{16}_8\text{O}\;\), \(\;^{23}_{11}\text{Na}\;\), \(\;^{35}_{17}\text{Cl}\;\), \(\;^{40}_{20}\text{Ca}\;\)
En atelier de menuiserie, on utilise de l’eau du robinet pour rincer les pièces et nettoyer les outils. Cette eau contient des ions dissous.
1. Ca²⁺ : charge positive → cation. Cl⁻ : charge négative → anion.
2. Ca a Z=20, donc l’atome neutre a 20 e⁻. L’ion Ca²⁺ a perdu 2 e⁻ → il possède 18 électrons.
3. CaCO₃ : 1 Ca + 1 C + 3 O = 5 atomes. Éléments : calcium (Ca), carbone (C) et oxygène (O).
4. C₂H₄O₂ : 2 + 4 + 2 = 8 atomes au total.
Le bois fraîchement coupé (bois vert) contient jusqu’à 60 % d’eau. Pour l’utiliser en menuiserie, il faut le sécher jusqu’à un taux d’humidité inférieur à 15 %.
1. C’est une vaporisation (passage de l’état liquide à l’état gazeux).
2. Les molécules d’eau, initialement proches et mobiles (liquide), s’éloignent considérablement les unes des autres et se déplacent à grande vitesse dans toutes les directions (gaz).
3. La molécule H₂O reste intacte. Un changement d’état ne modifie pas la composition chimique des molécules : seule leur organisation (distance et agitation) change.
4. À l’état gazeux, les molécules H₂O sont très espacées (distances entre particules bien plus grandes qu’à l’état liquide). Elles occupent donc un volume beaucoup plus important pour la même quantité de matière.
Le glucose est le principal « carburant » utilisé par les muscles lors d’un effort sportif. Sa formule brute est C₆H₁₂O₆.
1. Les éléments chimiques sont le carbone (C), l’hydrogène (H) et l’oxygène (O).
2. 6 + 12 + 6 = 24 atomes par molécule de glucose.
3. C’est un corps pur composé : il est constitué d’une seule espèce chimique (le glucose), mais celle-ci contient plusieurs éléments différents (C, H, O).
4. Glucose + dioxygène → dioxyde de carbone + eau.
5. Lors d’une transformation chimique, les atomes sont conservés : ils ne sont ni créés ni détruits. Les atomes de C, H et O du glucose se réarrangent pour former de nouvelles molécules (CO₂ et H₂O). C’est la conservation de la matière.
Les batteries lithium-ion équipent les téléphones, les ordinateurs portables et les véhicules électriques. L’élément lithium a pour notation symbolique \(^{7}_{3}\text{Li}\).
1. \(Z = 3\) donc 3 protons. \(N = A - Z = 7 - 3 = \mathbf{4}\) neutrons. Atome neutre : 3 électrons.
2. Li⁺ a une charge +1, donc il a perdu 1 électron. Il possède \(3 - 1 = \mathbf{2}\) électrons.
3. C’est un cation car sa charge est positive (+). Un cation est un ion qui a perdu des électrons.
4. Un courant électrique correspond à un déplacement de charges électriques. Les ions Li⁺ sont des particules chargées positivement : leur déplacement ordonné dans l’électrolyte constitue bien un courant électrique (courant ionique).
Le carbone existe sous trois formes isotopiques :
\(\;^{12}_6\text{C}\;\) \(\;^{13}_6\text{C}\;\) \(\;^{14}_6\text{C}\;\)
1. Oui, même Z = 6, donc même nombre de protons (6). Ce sont tous des atomes de carbone (même élément chimique).
2. C-12 : N = 12 − 6 = 6. C-13 : N = 13 − 6 = 7. C-14 : N = 14 − 6 = 8.
C’est le nombre de neutrons qui varie.
3. Des isotopes sont des atomes d’un même élément chimique (même Z) qui diffèrent par leur nombre de neutrons (A différent).
4. Le C-14 se désintègre à vitesse constante (demi-vie d’environ 5 730 ans). Les organismes vivants incorporent du C-14 de l’atmosphère. À leur mort, le C-14 n’est plus renouvelé et diminue. En mesurant la quantité restante, on estime l’âge de l’objet.
5. U-238 : N = 238 − 92 = 146 neutrons. U-235 : N = 235 − 92 = 143 neutrons. L’U-238 a 3 neutrons de plus ; il est plus stable (non fissile), d’où son usage comme blindage.
La répartition des électrons sur les couches détermine les propriétés chimiques d’un atome.
1. Na : K(2) L(8) M(1) | Cl : K(2) L(8) M(7) | Ar : K(2) L(8) M(8)
2. Les gaz nobles ont leur couche externe complète (saturée). Ils sont déjà stables chimiquement et n’ont pas besoin de gagner ou perdre des électrons.
3. En perdant 1 e⁻, Na⁺ a la configuration K(2) L(8), identique au néon (gaz noble). La couche externe est complète → l’ion est stable.
4. Le chlore gagne 1 e⁻ → Cl⁻ a la configuration K(2) L(8) M(8), identique à l’argon. Il forme un anion Cl⁻.
5. Na⁺ (charge +) et Cl⁻ (charge −) s’attirent par interaction électrostatique (forces de Coulomb). Cette attraction forme la liaison ionique du cristal de sel NaCl.
Un technicien de laboratoire analyse trois échantillons prélevés en atelier :
| Échantillon | Description | Formule |
|---|---|---|
| A | Poudre blanche (oxyde d’aluminium) | Al₂O₃ |
| B | Gaz utilisé en soudage TIG | Ar (argon) |
| C | Solution de sulfate de cuivre | CuSO₄ (contient Cu²⁺ et SO₄²⁻) |
1. Al₂O₃ : 2 Al + 3 O = 5 atomes. C’est un corps pur composé (deux éléments différents : Al et O).
2. Ar : N = 40 − 18 = 22 neutrons. L’argon est un gaz noble (couche externe saturée K(2) L(8) M(8)), chimiquement inerte. Il protège le bain de fusion sans réagir avec le métal.
3. Cu²⁺ : électrons = 29 − 2 = 27 électrons. Le cuivre a perdu 2 électrons.
4. SO₄²⁻ est un anion (charge négative). Le sulfate de cuivre est neutre car la charge totale positive (+2 du Cu²⁺) compense exactement la charge négative (−2 du SO₄²⁻).
5. Dans l’aluminium métallique, les atomes sont liés par une liaison métallique (nuage d’électrons délocalisés) qui permet le glissement des couches → matériau malléable. Dans Al₂O₃, les ions Al³⁺ et O²⁻ sont liés par des liaisons ioniques très fortes et directionnelles dans un réseau cristallin rigide → matériau très dur et cassant.
Les composés ioniques sont formés de cations et d’anions assemblés de manière à ce que le total des charges soit nul.
1. Na⁺ (+1) + Cl⁻ (−1) = 0. La formule NaCl est bien électriquement neutre.
2. Ca²⁺ a une charge +2. Il faut 2 ions Cl⁻ (2 × (−1) = −2) pour compenser. Formule : CaCl₂.
3. Al³⁺ = +3, O²⁻ = −2. Il faut trouver le plus petit commun multiple de 3 et 2 = 6. Donc 2 × Al³⁺ (+6) + 3 × O²⁻ (−6) = 0. Formule : Al₂O₃.
4. Fe²⁺ (+2) + SO₄²⁻ (−2) = 0 → FeSO₄ est neutre. Le sulfate de fer est un produit chimique contenant des ions métalliques irritants pour la peau. Le port de gants est obligatoire pour éviter les brûlures chimiques et les irritations.
La combustion complète du bois produit principalement du dioxyde de carbone (CO₂) et de l’eau (H₂O). Le bois est essentiellement composé de cellulose, de formule simplifiée (C₆H₁₀O₅)n.
1. Éléments : carbone (C), hydrogène (H) et oxygène (O). Un motif contient 6 C, 10 H et 5 O.
2. Total = 6 + 10 + 5 = 21 atomes par motif.
3. L’air est composé d’environ 78 % de diazote N₂ et 21 % de dioxygène O₂ (+ 1 % de gaz rares).
4. Carbone (Z=6) : K(2) L(4). Il a 4 électrons sur sa couche externe (couche L).
5. Le bois traité contient des ions Cu²⁺ (cuivre) fixés dans les fibres. Lors de la combustion, ces ions sont libérés sous forme de fumées toxiques contenant des composés du cuivre. Inhaler ces fumées est dangereux pour la santé (irritation des voies respiratoires, risque d’intoxication). Les cendres contiennent également des ions métalliques polluants. Le bois traité doit être éliminé en déchèterie spécialisée, jamais brûlé.
Un menuisier agenceur achète un décapant pour bois. L’étiquette indique la composition suivante :
1. La solution contient deux espèces chimiques différentes (NaOH et H₂O) → c’est bien un mélange (solution aqueuse).
2. Na neutre (Z=11) : 11 électrons. Na⁺ a perdu 1 e⁻ → 10 électrons.
3. Na⁺ (+1) + OH⁻ (−1) = 0. Le composé NaOH est bien électriquement neutre.
4. Les atomes neutres apportent 9 e⁻. L’ion OH⁻ a une charge −1, donc il a 10 électrons (9 + 1). Il a gagné 1 électron.
5. NaOH dissous dans l’eau libère des ions Na⁺ et OH⁻. Les ions hydroxyde OH⁻ sont très réactifs : ils attaquent les molécules organiques de la peau (graisses, protéines) en rompant les liaisons chimiques. C’est ce qui provoque les brûlures chimiques. Le port de gants résistants aux bases et de lunettes de protection est obligatoire pour éviter tout contact avec la peau et les yeux.
Un chef de chantier doit choisir entre trois matériaux pour fabriquer des équerres de fixation : acier (alliage Fe + C), aluminium (Al) et laiton (alliage Cu + Zn).
Données :
| Métal | Notation | Type |
|---|---|---|
| Fer | \(^{56}_{26}\text{Fe}\) | Métal de transition |
| Aluminium | \(^{27}_{13}\text{Al}\) | Métal pauvre |
| Cuivre | \(^{64}_{29}\text{Cu}\) | Métal de transition |
| Zinc | \(^{65}_{30}\text{Zn}\) | Métal de transition |
1. Fe : \(N = 56 - 26 = \mathbf{30}\). Al : \(N = 27 - 13 = \mathbf{14}\). Cu : \(N = 64 - 29 = \mathbf{35}\). Zn : \(N = 65 - 30 = \mathbf{35}\).
2. L’acier (Fe + C) et le laiton (Cu + Zn) sont des mélanges (alliages) car ils contiennent plusieurs éléments chimiques mélangés à l’échelle atomique.
3. Fe neutre : Z = 26 donc 26 e⁻. Fe³⁺ a une charge +3, il a perdu 3 électrons → il possède \(26 - 3 = \mathbf{23}\) électrons.
4. Al₂O₃ : 2 atomes d’aluminium + 3 atomes d’oxygène = 5 atomes au total. Éléments : aluminium (Al) et oxygène (O).
5. L’acier rouille en présence d’humidité (formation d’ions Fe³⁺), ce qui le dégrade. L’aluminium, lui, forme une couche d’oxyde Al₂O₃ qui est imperméable et protectrice : elle empêche la corrosion de progresser. Pour les menuiseries extérieures, exposées à la pluie et à l’humidité, l’aluminium est donc plus durable et ne nécessite pas de traitement anticorrosion, contrairement à l’acier.
Le dioxyde de carbone CO₂ est un gaz à effet de serre dont la concentration atmosphérique augmente. On donne les notations symboliques : \(^{12}_{6}\text{C}\) et \(^{16}_{8}\text{O}\).
1. Carbone \(^{12}_{6}\text{C}\) : 6 protons, \(N = 12 - 6 = \mathbf{6}\) neutrons, 6 électrons.
Oxygène \(^{16}_{8}\text{O}\) : 8 protons, \(N = 16 - 8 = \mathbf{8}\) neutrons, 8 électrons.
2. CO₂ contient 1 + 2 = 3 atomes au total. Elle est constituée de 2 éléments différents : carbone (C) et oxygène (O).
3. À l’état gazeux, les molécules de CO₂ sont très éloignées les unes des autres, se déplacent à grande vitesse dans toutes les directions et occupent tout le volume disponible.
4. Non, la molécule CO₂ n’est pas modifiée. Lors d’un changement d’état, seule l’organisation des molécules change (elles se rapprochent et s’ordonnent), mais leur composition chimique reste identique.
5. Pendant sa croissance, l’arbre absorbe du CO₂ de l’atmosphère par la photosynthèse et stocke le carbone dans le bois. Lorsque ce bois est brûlé (ou se décompose), il restitue la même quantité de CO₂. Sur l’ensemble du cycle (croissance + fin de vie), le bilan carbone est nul : le CO₂ libéré égale le CO₂ absorbé. C’est pourquoi le bois est considéré comme « neutre en carbone », contrairement aux matériaux issus de ressources fossiles.
Trois simulateurs pour explorer la structure atomique de façon interactive.
Saisissez un numéro atomique Z (1–18) et un nombre de masse A, puis cliquez sur Construire pour voir l'atome animé avec ses couches électroniques.
Sélectionnez un atome, puis ajoutez ou retirez des électrons pour observer la formation d'un cation ou d'un anion.
5 questions aléatoires pour tester votre lecture de la notation symbolique des atomes.
Cliquez sur les boutons d'atomes pour les ajouter à la zone de travail. Quand vous avez la bonne combinaison, la molécule est reconnue automatiquement. Cliquez sur un atome dans la zone pour le retirer.
Certains éléments sont très abondants dans la nature. Ce graphique montre les 8 éléments les plus courants (en % massique). Les métaux utilisés en atelier (Al, Fe) font partie des plus abondants.
| Notion | Définition clé | Exemple en atelier |
|---|---|---|
| Atome | Particule neutre : noyau (p⁺, n⁰) + électrons | Atome de fer Fe dans l’acier |
| Numéro atomique Z | Nombre de protons (= électrons pour atome neutre) | Fe : Z=26 |
| Nombre de masse A | Protons + Neutrons | Fe : A=56 |
| Cation | Ion + (a perdu des e⁻) | Fe²⁺ dans la rouille |
| Anion | Ion − (a gagné des e⁻) | Cl⁻ dans l’eau salée |
| Molécule | Assemblage d’atomes liés | H₂O, CO₂, C₃H₈ (propane) |
| Corps pur simple | Un seul élément | Al, Cu, Fe |
| Mélange | Plusieurs espèces chimiques | Acier (Fe+C), air |
Physique-Chimie — 2nde Bac Pro | Chapitre 7 — Structure de la matière
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