Univers 5 : Les éléments chimiques

I) Qu'est-ce qu'un élément chimique ?

1) Caractérisation

Un élément chimique est caractérisé par son nombre de protons Z.
Dans une réaction chimique, les noyaux ne sont pas modifiés, les atomes ne changent donc pas. Il y a conservation des éléments. Un élément ne peut ni disparaître ni apparaître.
Exemple : les différentes formes de l'élément cuivre
Cu cuivre solide, Cu²⁺ ions cuivre II, Cu(OH)₂ hydroxyde de cuivre II (dans un solide cristallin), etc...

2) Notation symbolique

Un atome de symbole chimique X, dont le noyau possède A nucléons et Z protons est noté .
Exemple : hydrogène , carbone , cuivre .

II) Isotope

Des atomes isotopes ont le même nombre de protons mais des nombre de neutrons différents. Ainsi, ils ont le même numéro atomique Z mais des nombre de nucléons A différents. Les ions aussi peuvent être isotopes.
Exemple : le carbone 12 et le carbone 14 sont des atomes isotopes, ils possèdent le même nombre de protons Z = 6 mais le carbone 12 possède A = 12 nucléons donc 6 neutrons, alors que le carbone 14 possède A = 14 nucléons donc 8 neutrons.

III) Les structures stables de la matière

1) Répartition des électrons

Les électrons d'un atome ou d'un ion se répartissent en couches électroniques. La couche la plus proche du noyau est notée K (Kern = noyau en allemand) puis les autres suivent l'ordre alphabétique : L, M, etc.
Chaque couche électronique ne peut contenir qu'un nombre limité d'électrons :
K 2 électrons
L 8 électrons
M 18 électrons
(N, O et P 32 électrons)
Lorsqu'une couche contient son nombre maximal d'électrons, on dit qu'elle est saturée. La dernière couche occupée est appelée couche externe.

Les électrons se répartissent sur les couches l'une après l'autre : d'abord K, puis L quand K est saturée, puis M quand L est saturée, etc...Cette répartition correspond à l'état le plus stable de l'atome ou de l'ion, on l'appelle état fondamental.
Exemple :

Pour représenter la répartition des électrons sur les couches électroniques on donne la formule électronique.
Exemple :
hydrogène H : K¹
carbone C : K²L⁴
chlore Cl : K²L⁸M⁷

2) Règle du duet et de l'octet

Dans l'Univers, la plupart des atomes des éléments chimiques s'assemblent pour former des molécules, des cristaux, etc... seuls les éléments tels que l'hélium, l'argon, le néon, . existent à l'état atomique : ils sont appelés gaz nobles. Ils sont à l'état gazeux et ne réagissent avec quasiment aucune espèce.
Cette stabilité est due au fait que leur couche externe contient un nombre d'électrons particulier, soit 2 pour l'hélium (règle du duet) et 8 pour les autres (règle de l'octet).
hélium He : K²
néon Ne : K²L⁸
argon Ar : K²L⁸M⁸
Les autres atomes tendent à atteindre ces structures életroniques en se changeant en ion.
Exemple :
Li (Z=3) : K²L¹ devient Li⁺ : K²
O (Z=8) : K²L⁶ devient O^2- : K²L⁸

Bilan du chapitre

- Je connais la signification du symbole de l'atome.
- Je connais le symbole de quelques éléments chimiques.
- Je sais que le numéro atomique caractérise l'élément chmique.
- Je connais les règles du duet et de l'octet.