Fiche de révision · Physique-chimie 3eAtomes et ions
1er trimestre · chapitre 1 sur 13
Toute la matière est faite d'atomes, formés d'un noyau et d'électrons, qui peuvent devenir des ions en gagnant ou en perdant des électrons.
L'essentiel à retenir
- Noyau = protons (+) et neutrons (neutres)
- Électrons (−) en mouvement autour du noyau
- Z = nombre de protons ; atome neutre : Z électrons
- Noyau environ 100 000 fois plus petit que l'atome
- Cation : électrons perdus (+) ; anion : électrons gagnés (−)
La leçon
1. La structure de l'atome
Un atome est formé d'un noyau central et d'électrons qui se déplacent autour. Le noyau contient des protons et des neutrons. Il concentre presque toute la masse de l'atome : un électron est environ 2 000 fois plus léger qu'un proton.
Exemple
L'atome de carbone (Z = 6) a 6 protons dans son noyau et 6 électrons autour.
2. Les charges et l'électroneutralité
Un proton porte la charge +e, un électron la charge −e, un neutron a une charge nulle. Un atome possède autant d'électrons que de protons. Les charges se compensent : l'atome est électriquement neutre.
e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C
Exemple
Atome de sodium (Z = 11) : 11 protons (+11e) et 11 électrons (−11e), donc une charge totale nulle.
3. Le numéro atomique et l'élément
Le numéro atomique Z est le nombre de protons du noyau ; l'atome neutre a donc aussi Z électrons. Tous les atomes et ions qui ont le même Z appartiennent au même élément chimique. Un élément se conserve lors des transformations chimiques.
Exemple
H : Z = 1 ; C : Z = 6 ; O : Z = 8 ; Cl : Z = 17 ; Cu : Z = 29. L'atome Cu et l'ion Cu²⁺ ont tous deux 29 protons : c'est le même élément, le cuivre.
4. Une structure lacunaire
Le rayon d'un atome est de l'ordre de 10⁻¹⁰ m, celui du noyau de l'ordre de 10⁻¹⁵ m. Le noyau est donc environ 100 000 fois plus petit que l'atome. Entre le noyau et les électrons, il y a du vide : la matière a une structure lacunaire.
rayon atome ≈ 10⁻¹⁰ m ; rayon noyau ≈ 10⁻¹⁵ m
Exemple
10⁻¹⁰ ÷ 10⁻¹⁵ = 10⁵ = 100 000. Si le noyau était une bille de 1 cm, l'atome mesurerait 100 000 cm, soit 1 km.
5. La formation d'un ion
Un ion est un atome ou un groupe d'atomes qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. Le noyau ne change pas : seul le nombre d'électrons varie. L'ion n'est donc plus neutre.
Exemple
L'atome de cuivre (29 protons, 29 électrons) perd 2 électrons : il devient l'ion Cu²⁺ (29 protons, 27 électrons).
6. Cations et anions
Un cation est un ion positif : il a perdu des électrons (Na⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, H⁺). Un anion est un ion négatif : il a gagné des électrons (Cl⁻, HO⁻). L'exposant de la formule donne la charge, donc le nombre d'électrons perdus ou gagnés. Certains ions contiennent plusieurs atomes : l'ion sulfate SO₄²⁻, l'ion nitrate NO₃⁻.
Exemple
L'atome de chlore (17 électrons) gagne 1 électron et devient l'ion Cl⁻ (18 électrons). L'eau salée contient des ions Na⁺ et Cl⁻ en nombres égaux : la solution est neutre.
La méthode
Comment trouver le nombre d'électrons d'un ion
- Cherche le numéro atomique Z : c'est le nombre de protons, qui ne change pas.
- Lis l'exposant : « 2+ » veut dire 2 électrons perdus, « − » veut dire 1 électron gagné.
- Calcule : Z − électrons perdus pour un cation, Z + électrons gagnés pour un anion.
- Vérifie : protons − électrons doit redonner la charge de l'ion.
Pièges à éviter
- Un cation a perdu des électrons, il n'a pas gagné de protons : quand un ion se forme, le noyau ne change jamais.
- Pour Cu²⁺, ne calcule pas 29 + 2 : le signe + indique des électrons perdus, donc 29 − 2 = 27 électrons.
- Ne confonds pas masse et taille : le noyau contient presque toute la masse, mais il est minuscule par rapport à l'atome.
Vocabulaire
- Atome
- Particule neutre formée d'un noyau et d'électrons.
- Numéro atomique Z
- Nombre de protons du noyau, propre à chaque élément.
- Structure lacunaire
- La matière est surtout faite de vide, car le noyau est minuscule par rapport à l'atome.
- Ion
- Atome ou groupe d'atomes ayant gagné ou perdu des électrons.
- Cation
- Ion chargé positivement, ex. Na⁺.
- Anion
- Ion chargé négativement, ex. Cl⁻.
Teste-toi
3 questions pour vérifier, corrigées tout de suite.
Flashcards
Essaie de répondre avant d'ouvrir la carte.
De quoi est constitué un atome ?
D'un noyau central, très petit, et d'électrons qui se déplacent autour de ce noyau.
Quelles particules trouve-t-on dans le noyau d'un atome ?
Des protons, chargés positivement, et des neutrons, qui ne portent pas de charge.
Que représente le numéro atomique Z ?
Le nombre de protons du noyau. Il caractérise l'élément chimique : Z = 6 pour le carbone, Z = 8 pour l'oxygène.
La suite dans Réviz
4 autres questions, 5 autres flashcards, la carte mentale du chapitre, et ce qui coince qui revient au bon moment jusqu'au contrôle.
Ce que le programme attend
- Décrire la structure d'un atome : noyau (protons, neutrons) et électrons
- Connaître la charge des particules et l'électroneutralité de l'atome
- Utiliser le numéro atomique Z pour un élément
- Comparer les dimensions de l'atome et du noyau (structure lacunaire)
- Définir un ion comme un atome ou groupe d'atomes ayant gagné ou perdu des électrons
- Distinguer cation et anion et écrire leur formule (Na⁺, Cl⁻, Cu²⁺…)
Référence : Programme du cycle 4 de physique-chimie (BO spécial n°11 du 26/11/2015, ajusté BO n°31 du 30/07/2020). Une erreur dans cette fiche ? Signale-la, elle sera corrigée.