Notions et contenus

Quelles sont les définitions à connaître ?
Dans cette liste de notions, il y a de nombreuses définitions qu'il faut impérativement connaître.
  • États physiques et transformations de la matière
  • Isotopes, abondance isotopique, stabilité.
  • Ordres de grandeur de la taille d’un atome, des masses et des charges de l’électron et du noyau.
  • Quantification de l’énergie et spectroscopies (UV- Visible, IR, RMN).
  • Nombres quantiques n, l, ml et ms
  • Configuration électronique d’un atome et d’un ion monoatomique.
  • Électrons de cœur et de valence.
  • Système physico-chimique
  • Constituants physico-chimiques.
  • Corps purs et mélanges : concentration molaire, fraction molaire, pression partielle.
  • Composition d’un système physico-chimique.
  • Classification périodique des éléments
  • Architecture et lecture du tableau périodique
  • Électronégativité
  • Rayon atomique
  • Rayon ionique

Capacité exigibles

  • Utiliser un vocabulaire précis : élément, atome, corps simple, espèce chimique, entité chimique.
  • Associer un type de transition énergétique au domaine du spectre électromagnétique correspondant.
  • Déterminer la longueur d’onde d’une radiation émise ou absorbée à partir de la valeur de la transition énergétique mise en jeu, et inversement.
  • Établir un diagramme qualitatif des niveaux d’énergie électroniques d'un atome donné.
  • Établir la configuration électronique d’un atome dans son état fondamental (la connaissance des exceptions à la règle de Klechkowski n’est pas exigible).
  • Déterminer le nombre d’électrons non appariés d’un atome dans son état fondamental.
  • Prévoir la formule des ions monoatomiques d’un élément.
  • Recenser les constituants physico-chimiques présents dans un système.
  • Décrire la composition d’un système à l’aide des grandeurs physiques pertinentes.
  • Relier la position d’un élément dans le tableau périodique à la configuration électronique et au nombre d’électrons de valence de l’atome correspondant.
  • Positionner dans le tableau périodique et reconnaître les métaux et non métaux.
  • Situer dans le tableau les familles suivantes : métaux alcalins et alcalino-terreux, halogènes et gaz nobles.
  • Citer les éléments des périodes 1 à 3 de la classification et de la colonne des halogènes (nom, symbole, numéro atomique).
  • Mettre en œuvre des expériences illustrant le caractère oxydant ou réducteur de certains corps simples.
  • Élaborer ou mettre en œuvre un protocole permettant de montrer qualitativement l’évolution du caractère oxydant dans une colonne.
  • Relier le caractère oxydant ou réducteur d’un corps simple à l’électronégativité de l’élément.
  • Comparer l’électronégativité de deux éléments selon leur position dans le tableau périodique.
  • Interpréter l’évolution du rayon atomique dans la classification périodique en utilisant la notion qualitative de nombre de charge effectif.
  • Interpréter la différence de valeur entre le rayon d’un atome et le rayon de ses ions.
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États physiques et transformations de la matière : le cas de l'eau

Qu'est-ce-que la rosée du matin ?
L'eau est présente partout autour de nous sous tous ses états.

États physiques

L'eau peut se trouver sous ses 3 états à la surface de la Terre. En effet, elle est liquide dans nos rivières et lorsqu'on la boit, gazeuse dans l'air que nous respirons et dans la vapeur d'eau et pour finir solide sur les glaciers ou dans les glaçons.

Les précipitations et leurs états

Toutes les précipitations que nous subissons à la surface de la Terre ne présentent pas d'états identiques. En effet, dans certains cas il s'agit de précipitations solides et dans d'autres il s'agit de précipitations liquides.

La pluie

C'est un phénomène qui se forme à partir des gouttelettes contenues dans les nuages ou des cristaux de glaces qui ne sont pas assez froids pour rester congelés lors de leur chute. Il existe plusieurs formes de pluies : la bruine qui est caractérisée quand les gouttes d'eau mesurent moins de 1,5 mm ; la pluie verglaçante qui se forme quand les conditions de pression et température du sol sont inférieures au point de congélation alors que ce n'était pas le cas dans l'atmosphère.

La grêle

Elle est représentée par des billes de glace mesurant de 5 à 50 mm même si parfois ces billes, appelées grêlons, peuvent atteindre la taille d'une balle de tennis. Leur vitesse de chute monte jusqu'à 160 km/h, ce qui cause de nombreux dégâts.

La neige

Les conditions pour l’apparition de neige sont très particulières. De la vapeur se transforme en cristaux de glace et ces derniers doivent s'assembler rapidement pour former des flocons. Ce procédé à lieu à des températures qui permettent d'éviter la fonte du flocon durant sa chute. En moyenne, il neige entre -3°C et 3°C.

Le grésil

Il est composé de grêlons qui sont devenus liquides durant leur chute mais se remettent à geler une fois entrés dans la masse d'air froide inférieure à 0°C. Son cœur reste donc liquide et son enveloppe solide.

L'eau solide

L'eau atteint son état solide lorsque la température atteint ou descend les 0° C. Les molécules adoptent donc une structure cristalline.

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L'eau liquide

On peut trouver de l'eau liquide dans les conditions climatiques habituelles de nos environnements de vie. En effet, sous pression atmosphérique normale de 1 bar et entre 0° C et 100° C, l'eau prend sa forme liquide. Elle adopte alors une structure plus désordonnée et prends moins de place. C'est pourquoi l'eau gelée occupe plus de place que l'eau liquide.

L'eau gazeuse

La majorité de l'eau gazeuse est celle que nous respirons dans l'air. A pression normale de 1 bar et une fois passé la barre des 100° C, l'eau devient gazeuse et l'on parle alors de vapeur d'eau. C'est aussi l'état de l'eau qui s'évapore (au-dessus des lacs, rivières ou océans). Les molécules d'eau sont dans leur état le plus agité lorsqu'elles sont gazeuses. L'attraction terrestre s'exerce alors moins dessus et permet au gaz de expanser.

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Transformation de la matière

Il existe en tout 6 changements d'états possibles pour l'eau. Ce sont les six transformations fondamentales qui interviennent en chimie.

La fusion

Comment arrêter le réchauffement climatique ?
La glace font naturellement, mais le réchauffement climatique fait que la banquise commence, elle aussi, à fondre.

La fusion intervient lorsque de la glace fond. Par exemple, un glaçon dans un verre d'eau. Il s'agit donc du passage de l'état solide à l'état liquide.

La vaporisation

La vaporisation est le passage de l'état liquide à l'état gazeux. Même si le nom est proche, cela n'a aucun rapport avec le fait de projeter de l'eau avec un vaporisateur. La vaporisation a lieu lorsqu'on laisse évaporer de l'eau au soleil ou quand on la porte à ébullition.

La liquéfaction

Il s'agit de la transformation inverse de la vaporisation. Elle intervient quand de la vapeur d'eau se transforme en eau liquide. La liquéfaction a lieu soit par compression : la pression qui augmente rends l'eau gazeuse liquide ou par refroidissement et dans ce cas le gaz refroidit pour devenir liquide, c'est la condensation.

La solidification

La solidification est le phénomène durant lequel l'eau liquide devient solide. Cela se produit quand elle gèle, on parle alors de congélation. L'eau se met à se solidifier une fois qu'elle descend en dessous de 0° C. L'eau peut aussi se solidifier en cas de cristallisation ou d'augmentation de la pression.

La sublimation

La sublimation intervient quand l'eau passe directement de l'état solide à l'état gazeux. Cela fait que la glace devient vapeur sans même passer par les étapes habituelles de fusion et de vaporisation. Cela peut arriver lorsque de l'eau très chaude entre en contact avec de l'air très froid. Elle part alors en fumée blanche (de la vapeur d'eau).

La condensation solide

La condensation solide est le phénomène qui se produit lorsque de l'eau sous forme de vapeur vient toucher une surface très froide. Par exemple, si l'on souffle sur une vitre gelée, la vapeur d'eau contenue dans notre respiration gèlera instantanément en se transformant en eau solide.

Corps purs et mélanges

Mélange aqueux

Un mélange aqueux est un mélange qui contient de l'eau.

Exemples

Ce sont les mélanges que nous rencontrons le plus souvent dans notre quotidien. Les sodas sont tous des mélanges aqueux, les savons ou encore l'eau de la vaisselle. Chaque mélange qui contient une part d'eau est un mélange aqueux.

Mélange homogène

Un mélange homogène est un mélange dont on ne peut pas distinguer plusieurs constituant a l’œil nu. La plupart du temps, c'est parce que les composants sont miscibles entre eux.

Exemples

De nombreux mélanges homogènes peuplent notre quotidien : le jus de fruit, le lait, le savon, l'eau de javel ou encore le sang sont des mélanges qui contiennent énormément de composants mais nous ne sommes pas capables de les distinguer lorsque nous les voyons.

Mélange hétérogène

Un mélange hétérogène est un mélange dont on peut distinguer plusieurs constituant à l’œil nu. On entend par là tout mélange dans lequel plusieurs phases apparaissent.

Exemples

Tous les mélanges qui sont constitués de plusieurs composants sont hétérogènes. On y retrouve par exemple les jus de fruits à pulpe, la vinaigrette ou encore l'eau boueuse ou l'eau grasse.

Architecture et lecture du tableau périodique

La classification périodique des éléments est également appelée tableau de Mendeleïev, du nom de son créateur. Celui-ci est un chimiste russe qui en 1869 créa un tableau dont le but était de regrouper tous les éléments chimiques connus par points communs (groupes et familles par exemple). Il a souvent été ajusté et mis à jour depuis cette époque. Sa dernière révision date de 2016 par l'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée), une ONG suisse qui a pour but l'évolution de la physique-chimie. Le tableau périodique compte à ce jour 118 éléments.

L’UICPA, l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée est une organisation non gouvernementale ayant son siège à Zurich, en Suisse. Créée en 1919, elle s’intéresse au progrès de la chimie, de la chimie physique et de la biochimie. Ses membres sont les différentes sociétés nationales de chimie et elle est membre du Conseil International pour la Science. L’UICPA est une autorité reconnue dans le développement des règles à adopter pour la nomenclature, les symboles et autres terminologie des éléments chimiques et leurs dérivé via son Comité Interdivisionnel de la Nomenclature et des Symboles. Ce comité fixe la nomenclature de l’UICPA.

Quelques éléments à connaître avant d'étudier le tableau périodique des éléments

  • Numéro atomique : Le numéro atomique d'un atome représente le nombre de protons de ce dernier
  • Famille : L'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée) a regroupé en 10 familles les éléments chimiques qui présentent des propriétés physiques et chimiques semblables
  • Groupe : Chaque groupe correspond aux éléments chimiques présents dans une même colonne du tableau périodique des éléments
  • Période : Chaque période correspond aux éléments chimiques présents dans une même ligne du tableau périodique des éléments. Ils partagent également le même nombre de couches électroniques. On en compte 7 au maximum
  • Bloc : Les éléments périodiques sont classés par bloc selon leurs propriétés et selon les couches électroniques jusqu’auxquelles elles sont remplies

Utiliser un vocabulaire précis : élément, atome, corps simple, espèce chimique, entité chimique

L'atome est électriquement neutre. Il est composé d'un noyau, et d'électrons. Le noyau est composé de nucléons représenté par un A, qui eux mêmes sont composés de neutrons N et de protons Z, ainsi A=N+Z . Z correspond aussi au nombre d'électrons (il y a un nombre égal de protons et d'électrons pour que le noyau soit de charge neutres).

La masse d'un atome

  • La masse des électrons est négligeable devant celle du noyau.
  • On dit que la masse d'un atome est concentrée dans son noyau

La charge électrique d'un atome

  • C'est la somme de la charge électrique + des particules du noyau et celle – des électrons.
  • Cette somme est nulle : On dit que l'atome est électriquement neutre.
  • Les charges électriques étant les même, il y a autant d'électrons qui gravitent autour du noyau que de particules le constituant.

Exemple : L'atome de fer a 26 électrons et 26 particules + dans son noyau.

La taille d'un atome

Quelle est la taille d'un cheveux ?
L'atome est tellement petit qu'il est impossible de le voir.
  • Elle est infiniment petite.
  • Le diamètre d'un atome vaut en moyenne 10-1 nm ( 1 nm = 10 -9 m ).
  • Le diamètre du noyau vaut en moyenne 10-6 nm.
  • Le noyau est 100 000 fois plus petit que l'atome.
  • Entre les électrons et le noyau, il n'y a que du vide... Beaucoup de vide !
  • On parle de la structure lacunaire de l'atome.

Les liaisons de l'atome

Dans un solide moléculaire les atomes sont liés par des liaisons covalentes : les deux atomes mettent en commun leurs électrons célibataires pour créer un doublet liant. Quand les deux atomes sont identiques, la paire d’électron qui relie les deux atomes est répartie équitablement entre les deux atomes. On dit alors que la molécule est apolaire. Quand deux atomes qui mettent leurs électrons en jeu sont différents et qu’il existe une différence d’électronégativité significative entre ces deux atomes, la liaison est dire polarisée et on appelle ce type de molécule, molécule polaire.

Une liaison covalente est dite polarisée si les deux atomes qui sont liés ont des électronégativités très différentes. En effet, dans ce cas, un des deux atomes aura tendance à attirer les électrons, ce qui a pour effet de polariser la liaison. Plus la différence d’électronégativité est grande et plus la polarisation de la liaison sera importante. Il se forme ainsi une sorte de dipôle électrique. Le décalage des électrons conduit à noter une charge partielle négative δ– sur l’atome le plus électronégatif et une charge partielle positive δ+ sur le moins électronégatif

La stabilité des structures électroniques est aussi impactée par l'électronégativité.

L’électronégativité d'un élément est sa capacité à attirer les électrons lors de la création de liaisons chimiques avec d'autres éléments

On peut trouver l'électronégativité d'un élément grâce à sa position dans le tableau périodique des éléments. En effet il existe un lien entre la période et l'électronégativité. Par exemple, en lisant le tableau de gauche à droite, sur une période, l'électronégativité augmente. Il en va de même si on lit le tableau de bas en haut par colonne. La classification périodique des éléments, aussi appelée tableau de Mendeleïev, du nom de son créateur. C’est un chimiste russe qui en 1869 créa un tableau dont le but était de regrouper tous les éléments chimiques connus par points communs (groupes et familles par exemple). Il a souvent été ajusté et mis à jour depuis cette époque. Sa dernière révision date de 2016 par l’UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée), une ONG suisse qui a pour but l’évolution de la physique-chimie. Le tableau périodique compte à ce jour 118 éléments.

La structure atomique

Composition du noyau

Le noyau d'un atome se compose d'éléments que l'on appelle les nucléons. Ce sont eux qui définissent le nombre de masse d'un atome.

Le nombre de masse d’un atome est le nombre de nucléons qu’il contient. Il s’agit donc de la somme du nombre de protons et du nombre de protons qui constituent le noyau de l’atome

Dans ces nucléons se trouvent des protons dont la charge est positive et des neutrons à charge neutre. Ces deux composants sont très fortement liés entre eux. Le rayon d'un nucléon est d'environ 10-15 m alors que l'atome tout entier a un diamètre avoisinant les 10-10 m.

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Joy

Freelancer et étudiante en Sciences de la Vie et de la Terre, je suis un peu une grande sœur qui épaule et aide les autres pour observer et comprendre le monde qui nous entoure et ses curieux secrets !