Revision sheet: Constitution et ions de l'atome

📋 Plan du Cours

1. Constitution de l’atome et nucléons
2. Cortège électronique et charge électrique
3. Rayons de l’atome et du noyau
4. Numéro atomique Z et nombre de masse A
5. Calcul du nombre de neutrons
6. Ions : cations et anions
7. Formation des ions monoatomiques
8. Formation des ions polyatomiques
9. Formules et électrons des ions polyatomiques
10. Ions courants et exemples de formules

📖 1. Constitution de l’atome et nucléons

🔑 Notions clés & Définitions

• Proton : Particule du noyau portant une charge électrique positive.
• Neutron : Particule du noyau sans charge électrique.
• Électron : Particule du cortège électronique portant une charge électrique négative.
• Nucléons : Ensemble des particules du noyau constitué des protons et des neutrons.

📝 Points essentiels

• L’atome est formé d’un noyau entouré par un cortège électronique.
• Le noyau contient des protons et des neutrons.
• Les protons portent une charge positive notée +e+.
• Les neutrons sont neutres électriquement.
• Les électrons portent une charge négative notée -e-.
• La masse d’un atome provient essentiellement de celle de ses nucléons.

💡 Astuce mémo

Noyau = Nucléons (Protons + Neutrons).

📖 2. Cortège électronique et charge électrique

🔑 Notions clés & Définitions

• Cortège électronique : Ensemble des électrons entourant le noyau et responsables de la charge négative de l’atome.
• Charge électrique de l’électron : Charge élémentaire négative portée par un électron, notée -e-.
• Charge électrique du proton : Charge élémentaire positive portée par un proton, notée +e+.
• Atome électriquement neutre : État d’un atome où la somme des charges du noyau et du cortège électronique vaut zéro.

📝 Points essentiels

• Le cortège électronique contient des charges négatives portées par les électrons.
• Les électrons ont des mouvements rapides et sont décrits comme délocalisés autour du noyau.
• Un atome neutre possède autant de protons que d’électrons.
• La charge globale du cortège vaut (nombre d’électrons) × (-e).
• La charge globale du noyau vaut (nombre de protons) × (+e).
• Exemple azote : 7 électrons et 7 protons donnent une charge totale nulle.

💡 Astuce mémo

Neutre = même nombre de + et de -.

📖 3. Rayons de l’atome et du noyau

🔑 Notions clés & Définitions

• Rayon d’un atome : Grandeur caractéristique de la taille d’un atome, de l’ordre de 10^-10 m.
• Nanomètre : Unité de longueur utilisée en chimie/physique, avec 1 nm = 10^-9 m.
• Rayon du noyau : Taille du noyau, environ 100 000 fois plus petite que celle de l’atome.
• Vide dans l’atome : Idée que l’essentiel du volume d’un atome ne contient pas de matière.

📝 Points essentiels

• Le rayon d’un atome est de l’ordre de 10^-10 m.
• On utilise aussi le nanomètre : 1 nm = 10^-9 m.
• Avec ces valeurs, on obtient r_atome ≈ 0,1 nm.
• Le rayon du noyau vaut environ 10^-15 m.
• Le noyau est environ 100 000 fois plus petit que l’atome.
• Un atome est principalement constitué de vide.

💡 Astuce mémo

Atome grand (10^-10 m), noyau minuscule (10^-15 m).

📖 4. Numéro atomique Z et nombre de masse A

🔑 Notions clés & Définitions

• Numéro atomique Z : Nombre de protons d’un atome, donc aussi nombre d’électrons si l’atome est neutre.
• Nombre de masse A : Nombre total de nucléons (protons + neutrons) dans le noyau.
• Nucléons (protons + neutrons) : Particules du noyau dont le total est donné par le nombre de masse A.

📝 Points essentiels

• Z donne le nombre de protons dans le noyau.
• Pour un atome neutre, Z donne aussi le nombre d’électrons du cortège.
• A donne le nombre total de nucléons dans le noyau.
• La différence A − Z correspond au nombre de neutrons.
• Exemple azote : Z = 7 pour l’atome d’azote.
• Exemple sodium : A = 23 et Z = 11.

💡 Astuce mémo

Z = protons ; A = protons + neutrons.

📖 5. Calcul du nombre de neutrons

🔑 Notions clés & Définitions

• Nombre de neutrons : Quantité de neutrons présents dans le noyau d’un atome.
• Relation A − Z : Expression reliant le nombre de nucléons A, le nombre de protons Z et le nombre de neutrons.

📝 Points essentiels

• Le nombre de neutrons se calcule par A − Z.
• A représente protons + neutrons dans le noyau.
• Z représente le nombre de protons dans le noyau.
• Pour le sodium : 23 − 11 = 12 neutrons.
• Pour l’argent : 107 − 47 = 50 neutrons.
• Pour le plomb : 208 − 82 = 126 neutrons.

💡 Astuce mémo

Neutrons = A − Z.

📖 6. Ions : cations et anions

🔑 Notions clés & Définitions

• Ion : Particule électriquement chargée obtenue quand le nombre d’électrons change.
• Cation : Ion chargé positivement formé quand un atome perd des électrons.
• Anion : Ion chargé négativement formé quand un atome gagne des électrons.
• Charge de l’ion : Charge notée avec un signe et un exposant dans la formule de l’ion.

📝 Points essentiels

• Un ion est une espèce électriquement chargée.
• Un ion peut se former par perte ou gain d’électrons.
• Un cation résulte d’une perte d’un ou plusieurs électrons.
• Un anion résulte d’un gain d’un ou plusieurs électrons.
• Le noyau garde le même nombre de charges positives lors de la formation d’un ion.
• La charge du cortège électronique change, ce qui rend l’espèce non neutre.

💡 Astuce mémo

Perte d’électrons → + (cation) ; Gain d’électrons → − (anion).

📖 7. Formation des ions monoatomiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Ion monoatomique : Ion formé à partir d’un seul atome qui a perdu ou gagné des électrons.
• Ion calcium : Cation monoatomique formé à partir de l’atome de calcium qui a perdu 2 électrons.
• Ion chlorure : Anion monoatomique formé à partir de l’atome de chlore qui a gagné 1 électron.
• Formule d’un ion : Écriture de l’ion avec la charge indiquée en haut à droite.

📝 Points essentiels

• Un cation monoatomique est un atome ayant perdu un ou plusieurs électrons.
• Un anion monoatomique est un atome ayant gagné un ou plusieurs électrons.
• Calcium : l’atome neutre a 20 protons et 20 électrons, charge totale nulle.
• Calcium → ion calcium : le cortège passe de -20e à -18e, charge globale +2e.
• La formule de l’ion calcium s’écrit Ca^2+.
• Chlore → ion chlorure : le cortège passe de -17e à -18e, charge globale -1e et formule Cl^-.

💡 Astuce mémo

Ca perd 2 e → Ca^2+ ; Cl gagne 1 e → Cl^-.

📖 8. Formation des ions polyatomiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Ion polyatomique : Ion constitué par l’association de plusieurs atomes, dont le groupe gagne ou perd des électrons.
• Groupe d’atomes : Ensemble d’atomes liés qui forme l’unité qui perd ou gagne des électrons pour devenir un ion.
• Sulfate : Ion polyatomique de formule SO4^2- formé quand le groupe SO4 gagne 2 électrons.

📝 Points essentiels

• Un ion polyatomique associe plusieurs atomes de types différents.
• Dans un ion polyatomique, ce n’est pas un atome seul qui change d’électrons.
• Le groupe d’atomes perd ou gagne un ou plusieurs électrons.
• Le noyau du groupe conserve les mêmes charges positives pendant la transformation.
• Exemple : l’ion sulfate SO4^2- correspond à un groupe SO4 qui a gagné 2 électrons.
• La charge de l’ion polyatomique s’écrit avec un exposant en haut à droite dans la formule.

💡 Astuce mémo

Polyatomique = groupe qui gagne/perd des e^- (charge sur toute la formule).

📖 9. Formules et électrons des ions polyatomiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Charge en haut à droite : Notation de la charge totale de l’ion indiquée en exposant dans la formule.
• Électrons excédentaires : Électrons gagnés par le groupe d’atomes, responsables d’une charge négative.
• Électrons totaux d’un ion : Nombre total d’électrons présents dans l’ion, calculé à partir des numéros atomiques et de la charge.
• Électrons d’un ion polyatomique : Quantité d’électrons portée par l’ion, déterminée par la somme des Z des atomes constituants puis ajustée par la charge.

📝 Points essentiels

• La charge de l’ion est notée en haut à droite dans la formule.
• Pour trouver le nombre total d’électrons d’un ion polyatomique, on utilise la charge et les Z des atomes.
• Un ion négatif possède plus d’électrons qu’un ensemble neutre équivalent.
• Un ion positif possède moins d’électrons qu’un ensemble neutre équivalent.
• Exercice carbonate : CO3^2- a 2 électrons excédentaires.
• Exercice carbonate : avec Z(C)=6 et Z(O)=8, électrons totaux = 6 + 3×8 + 2 = 32.

💡 Astuce mémo

Électrons totaux = somme des Z + (charge si elle est négative en valeur absolue).

📖 10. Ions courants et exemples de formules

🔑 Notions clés & Définitions

• Ions courants : Famille d’ions fréquemment rencontrés, avec leur nom et leur formule.
• Cations courants : Ions positifs usuels dont les formules incluent un exposant positif.
• Anions courants : Ions négatifs usuels dont les formules incluent un exposant négatif ou un signe moins.
• Hydrogénocarbonate : Ion HCO3^- appelé couramment bicarbonate.

📝 Points essentiels

• Cations listés : H+, Na+, K+, Ca^2+, Mg^2+, Fe^2+, Fe^3+, Al^3+, Cu^2+, Zn^2+.
• Anions listés : Cl^-, SO4^2-, NO3^-, CO3^2-, HCO3^-, OH^-.
• L’hydrogénocarbonate est couramment appelé bicarbonate.
• Le fer peut former deux ions selon les transformations : Fe^2+ ou Fe^3+.
• Le cuivre peut former Cu^+ (rarement) ou Cu^2+ (fréquentement).
• Les ions sont présents dans les aliments et les boissons, notamment dans les eaux minérales.

💡 Astuce mémo

Fe : 2 ou 3 ; Cu : 1 (rare) ou 2.

📊 Tableaux de synthèse

Atome neutre vs ion

Espèce	Électrons vs protons	Charge globale
Atome neutre	Électrons = protons	0
Ion	Électrons ≠ protons	Non nulle (signe selon cation/anion)

Cation vs anion

Type d’ion	Variation d’électrons	Signe de charge
Cation	Perd des électrons	+
Anion	Gagne des électrons	-

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre Z et A : Z compte les protons, A compte protons + neutrons.
2. Oublier que l’atome neutre a autant d’électrons que de protons, donc Z = nombre d’électrons.
3. Se tromper de signe dans la charge de l’ion : perdre des électrons donne un cation, gagner des électrons donne un anion.
4. Calculer les neutrons avec Z au lieu de A − Z.
5. Écrire une formule d’ion sans la charge en haut à droite (exposant).
6. Penser que les protons ou neutrons changent lors de la formation d’un ion : seuls les électrons changent.

✅ Checklist Examen

1. Savoir décrire la constitution de l’atome (noyau + cortège) et identifier protons, neutrons, électrons.
2. Savoir relier charges élémentaires : électron = -e- et proton = +e+.
3. Savoir expliquer pourquoi un atome est électriquement neutre (protons = électrons).
4. Savoir donner l’ordre de grandeur du rayon d’un atome et convertir avec 1 nm = 10^-9 m.
5. Savoir donner l’ordre de grandeur du rayon du noyau et le rapport noyau/atome.
6. Savoir définir Z (nombre de protons) et A (nombre de nucléons).
7. Savoir calculer le nombre de neutrons avec la relation A − Z sur un exemple.
8. Savoir définir un ion et distinguer cations et anions selon perte ou gain d’électrons.
9. Savoir former et écrire la formule d’un ion monoatomique à partir d’un atome (ex : Ca^2+, Cl^-).
10. Savoir définir un ion polyatomique comme un groupe d’atomes qui gagne/perd des électrons.
11. Savoir calculer le nombre d’électrons d’un ion polyatomique à partir de la formule et des Z des atomes constituants.
12. Savoir reconnaître des ions courants et leurs formules (cations et anions) et connaître l’appellation bicarbonate pour HCO3^- .