LA MATIERE

La matière, qu'elle soit solide, liquide ou gazeuse est composée à partir d'atomes ou de groupements d'atomes.

Il semble que le nombre de groupements possibles est infini : Plus de 20 millions de groupements d'atomes ont été recensées en 2003.

Par contre, le nombre d'atomes est limité: 92 atomes existent seulement à l'état naturel et on comptabilise au total plus de 110 atomes différents y compris ceux créés en laboratoire.

1. LES ATOMES

De - 400 Av JC (Leucippe) à Newton (17ème siècle) les philosophes et savants du monde supposaient que la matière était constituée de particules impénétrables, dures et solides. Au 20ème la découverte des rayons X (toute matière dans laquelle pénètrent ces rayons émet à son tour un rayonnement secondaire) va permettre de mesurer le rayon d'un atome (0,5 nm) soit 2 millions d'atomes pour obtenir 1 mm de matière !

Puis la découverte de l'existence des électrons dans l'atome par Crookes va changer la vision des scientifiques avec l'introduction du premier modèle de l'atome par Thomson en 1902 (une sorte de pudding ou se mélangeaient charges positives et négatives dans les mêmes proportions.

La découverte de la radioactivité par Pierre et Marie Curie va permettre de nouveau de faire avancer la représentation de l'atome : Des rayons a (rayons positifs) sont envoyés sur une plaque très fine et fait incroyable; les rayons passent à travers la plaque en étant déviés et parfois renvoyés en arrière. L'atome ne peut plus être dure et impénétrable !

On peut alors en déduire que l'atome est essentiellement constitué de vide avec au centre un noyau qui constitue l'essentiel de la masse de l'atome chargé positivement.

Pour information : Rayon de l'atome = 10 -10 m à comparer au rayon du noyau de 10 -15 m soit 100 000 fois plus petit !

Un atome comporte un noyau central chargé positivement entouré d'un à plusieurs électrons ( électrons : entité de matière extrémement petite portant la plus petite charge électrique négative existant sur Terre ). Les électrons sont constamment en mouvements autour du noyau de l'atome.C'est la raison pour laquelle on a choisit comme modèle pour représenter l'atome une sphère.

L'atome est électriquement neutre, il possède autant de charges positives (des protons) que de charges négatives (des électrons).

Un atome est désigné par une lettre majuscule parfois suivi d'une minuscule. (C, Cu, Ce, F, Fe, H, He...)

On peut se demander pourquoi les électrons (négatifs) et les protons (positifs) ne finissent pas par se coller ! Ceci est du à deux choses :

  1. la vitesse des électrons est suffisamment rapide pour qu'ils ne soient pas attirés par le noyau mais reste suffisamment lente pour qu'ils ne s'en détache pas.
  2. la distance entre les électrons et le noyau : à notre échelle, si le noyau de l'atome avait la dimension d'un avion placé au centre de la Terre, les électrons auraient la taille d'une coccinelle qui volerait à la surface de la planète ( soit près de 6500 km plus loin ! ).

 

2. LES MOLÉCULES

Une molécule est un édifice électriquement neutre constitué par au moins deux atomes.C'est le plus petit fragment représentatif d'une substance.

Deux atomes d'hydrogène assemblés forment une molécule de dihydrogène (de formule chimique H2).

La molécule d'eau de formule chimique H2O est constituée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène.

Les atomes d'une molécule sont liés entre eux par des liaisons chimiques qui seront étudiées en classe de seconde.

Molécules: Atomes

H2O : eau

H : Hydrogène

O2 : Dioxygène

O : Oxygène

NH3 : Ammoniac

C : Carbone

ADN : Acide désoxyribonucléique

Fe : Fer

NaCl : chlorure de sodium (sel de cuisine)

Cu : Cuivre

 

3. LES IONS

1. Définition : Un ion est un atome ou un groupement d'atomes qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. Dans ce cas, il n'y a plus autant d'électrons que de protons dans l'atome et celui-ci n'est donc plus électriquement neutre ! Ce n'est donc plus un atome et on lui donne le nom d' ion.

    Lorsque l'atome a perdu des électrons, il possède plus de charges positives que de charges négatives : l'ion, alors positif, est appelé cation.

    Lorsque l'atome a gagné des électrons, il possède plus de charges négatives que de charges positives : l'ion, alors négatif, est appelé anion.

2. Explication : Comment un atome peut-il perdre ou gagner des électrons ? En réalité, le terme est mal choisi. Pour des raisons de stabilité, des atomes ont besoin de se séparer d'un ou de plusieurs de leur électron et d'autres ont besoin d'en récupérer. Un atome ne va donc pas perdre des électrons mais il va en céder à un autre atome.

3. Application :

L'atome de sodium (Na) a comme numéro atomique : 14. Il possède 14 électrons et 14 protons. Cet atome, pour des raisons de stabilité énergétique, peut céder un électron à un atome qui en a besoin (toujours pour les mêmes raisons de stabilité énergétique). Il va donc lui rester 13 électrons mais toujours 14 protons. L'excès d'une charge positive fait que l'atome de sodium n'est plus électriquement neutre. Il s'est transformé en ion sodium. Pour désigner cet anion on conserve la formule de l'atome dont il est issu et on lui ajoute le nombre de charge en excès : Na+ .

L'atome de chlore (Cl) a comme numéro atomique : 17. Il possède donc 17 électrons et 17 protons. Cet atome n'existe pas seul dans la nature. Il doit, pour exister, soit mettre en commun l'un de ses électrons (il y a alors formation d'une molécule), soit en recevoir un. Il peut par exemple recevoir l'électron que l'atome de Sodium avait en trop. L'atome de chlore n'est plus électriquement neutre: il possède maintenant 18 (17 + 1) électrons mais toujours 17 protons : il a en excès une charge négative. L'atome de chlore s'est transformé en ion chlore ( ou ion chlorure ). Pour désigner ce cation on conserve la formule de l'atome dont il est issu et on lui ajoute le nombre de charge en excès soit : Cl-

L'ensemble ion sodium (Na+)/ ion chlorure ( Cl-) forme une entité électriquement neutre : le chlorure de sodium (Na+ + Cl- ).

Ne pas confondre :