L'organisation de la matière PDF

## L’organisation de la matière ### Chapitre 1 Dans ce chapitre, tu verras d'abord ce que sont les atomes et les molécules. Puis, tu découvriras ce que sont les éléments chimiques et l'importance du tableau périodique des éléments en science. ### Qu'est-ce que l'organisation de la matière? De q...

## L’organisation de la matière ### Chapitre 1 Dans ce chapitre, tu verras d'abord ce que sont les atomes et les molécules. Puis, tu découvriras ce que sont les éléments chimiques et l'importance du tableau périodique des éléments en science. ### Qu'est-ce que l'organisation de la matière? De quoi la matière est-elle constituée? Si l'on pouvait grossir une craie, une goutte d'eau ou une mine de crayon des milliards de fois, que verrait-on? La question n'est pas nouvelle. Démocrite, un philosophe grec, se la posait déjà il y a presque 2500 ans. Ses réflexions l'ont amené à supposer que toute la matière était faite de grains infiniment petits, qu'il a appelés «atomes». Démocrite croyait que ces «atomes» ressemblaient à de petites billes impossibles à briser et qu'ils constituaient l'unité fondamentale de la matière. Il n'était pas loin de la vérité. Tout comme les 26 lettres de l'alphabet sont les unités de base qui composent tous les mots de la langue, la matière est formée de particules de base, les atomes, qui composent toutes les substances. Ainsi, la pierre, les métaux, la craie, l'eau et la mine de crayon sont constitués de milliards d'atomes. Ces atomes sont extrêmement petits. L'organisation de la matière correspond à la façon dont la matière est structurée, c'est-à-dire à la façon dont ses particules sont agencées. À l'échelle de l'atome, il s'agit de particules infiniment petites. ### Les éléments, p. 16 Qu'est-ce qu'un atome au juste? Depuis que le philosophe grec Démocrite a donné ce nom aux plus petites particules de la matière, il y a 2500 ans, plusieurs scientifiques ont tenté de répondre à cette question. ### 1.1.1 Qu'est-ce que le modèle atomique de Dalton? La théorie de Démocrite n'était fondée sur aucune démonstration. Ce n'était qu'une réflexion. Des siècles plus tard, John Dalton, un chimiste et physicien britannique, a développé une théorie scientifique basée sur l'idée que la matière est constituée d'atomes. #### Définition Le modèle atomique de Dalton correspond à la représentation que John Dalton (1766-1844) se faisait de l'atome en 1808. Aujourd'hui, plus de deux siècles plus tard, la plupart des fondements de cette théorie sont toujours vrais. #### Le modèle atomique de Dalton Voyons les principaux énoncés de ce modèle atomique: 1. Toute la matière est constituée d'atomes. Les atomes sont tellement petits qu'il est impossible de les observer. Ils ne peuvent être ni créés, ni détruits, ni divisés en parties plus petites. 2. Tous les atomes d'un même élément sont identiques. Ils ont la même masse et les mêmes propriétés. 3. Les atomes d'éléments différents sont différents. Ils ont des masses différentes et des propriétés différentes. 4. Dans une réaction chimique, les atomes se séparent les uns des autres, s'unissent ou s'assemblent de façon différente pour former de nouvelles substances. C'est sur le modèle de Dalton que nous baserons notre étude des atomes, des molécules et des éléments. ### 1.1.2 Qu'est-ce qu'un atome? Si l'on se base sur le modèle atomique de Dalton, comment peut-on définir un atome? #### Définition Un atome est une unité élémentaire de la matière. C'est la plus petite particule d'une substance. Un atome ne peut pas être divisé par des moyens chimiques. #### La représentation des atomes Dans le modèle de Dalton, les atomes sont représentés comme des billes. Lorsqu'on fait passer un courant électrique dans l'eau, celle-ci se décompose : c'est l'électrolyse de l'eau. Chaque particule d'eau produit alors deux particules d'hydrogène (H) et une particule d'oxygène (O). Comme il est impossible de décomposer les particules d'hydrogène et d'oxygène par des moyens chimiques, ces particules sont des atomes. #### La représentation des atomes Dans le modèle de Dalton, les atomes sont représentés comme des billes. Lorsqu'on fait passer un courant électrique dans l'eau, celle-ci se décompose : c'est l'électrolyse de l'eau. Chaque particule d'eau produit alors deux particules d'hydrogène (H) et une particule d'oxygène (O). Comme il est impossible de décomposer les particules d'hydrogène et d'oxygène par des moyens chimiques, ces particules sont des atomes. Selon le modèle de Dalton, on représente un atome par une bille. Un atome ne peut pas être décomposé chimiquement. ### Les atomes, p. 7 ### Les molécules, p. 12 Si l'atome est la plus petite particule de matière qu'on peut obtenir par des moyens chimiques, qu'en est-il des molécules? S'agit-il d'une sorte particulière d'atomes? ### 1.2.1 Qu'est-ce qu'une molécule? #### Définition La plupart des atomes n'existent pas à l'état individuel. Ils s'associent généralement avec d'autres atomes pour former des molécules. Une molécule est un ensemble de deux ou de plusieurs atomes liés chimiquement. Une molécule a des propriétés différentes de celles de chacun des atomes qui la composent. #### La représentation des molécules Voyons des exemples d'atomes qui s'associent pour former des molécules. Chaque molécule contient deux ou plusieurs atomes liés chimiquement. Selon le modèle de Dalton (voir à la page 7), on représente un atome par une bille et une molécule par un assemblage de billes. Lorsqu'un atome de sodium (Na) se combine à un atome de chlore (CI), une molécule de sel de table (NaCl) se forme. ### Quelques molécules Voici à quoi ressemblent quelques molécules dont tu as probablement déjà entendu parler. Dans les «formules chimiques», les petits chiffres, placés en bas et à droite, nous renseignent sur le nombre d'atomes de chacun des éléments qui composent une molécule. Par exemple, la molécule d'ammoniac (NH3) contient trois atomes d'hydrogène (H) et un atome d'azote (N). L'ammoniac présent dans la nature est une importante source d'azote pour les plantes. L'azote est nécessaire à la fabrication des protéines. La molécule d'ozone (O3) est une association de trois atomes d'oxygène (O). L'ozone est un gaz qui a la capacité d'absorber les rayons ultraviolets du Soleil. Il est concentré dans la stratosphère (couche d'ozone). La molécule de gaz carbonique (CO2) se compose de deux atomes d'oxygène (O) et d'un atome de carbone (C). Le gaz carbonique est le gaz que nous expirons après avoir inspiré de l'oxygène. Le sucre de table (C12H22O11) est une molécule contenant 45 atomes: 12 atomes de carbone (C), 22 atomes d'hydrogène (H) et 11 atomes d'oxygène (O). On extrait généralement le sucre de la canne à sucre ou de la betterave. Une molécule est composée de deux atomes ou plus. Ces atomes peuvent être de même nature et provenir du même élément, comme dans le cas de la molécule d'ozone. Ils peuvent aussi être de natures différentes, comme dans le cas de la molécule de gaz carbonique. ### Les atomes, p. 7 ### Les molécules, p. 12 Selon le modèle atomique de Dalton, présenté à la page 7, tous les atomes d'un même élément sont identiques, tandis que les atomes d'éléments différents sont différents. Mais qu'est-ce qu'un élément? ### Qu'est-ce qu'un élément? Un élément est la forme de la matière la plus simple pouvant exister. #### Définition Un élément est une substance qui ne peut pas être séparée en d'autres substances par des moyens chimiques. Un élément est donc formé d'une seule sorte d'atomes. ### Quelques éléments Les scientifiques ont identifié 94 éléments naturels, c'est-à-dire des éléments présents naturellement dans l'environnement. En voici quelques-uns. Le magnésium, le soufre et le carbone sont tous des éléments, car ils ne peuvent pas être séparés en d'autres substances. Chaque élément possède ses propres caractéristiques (couleur, texture, etc.). ### Les symboles chimiques des éléments Les scientifiques ont attribué un symbole chimique à chacun des éléments. Le tableau ci-dessous présente les symboles chimiques des principaux éléments. | Élément | Symbole chimique | |---|---| | Aluminium | Al | | Argent | Ag | | Azote | N | | Calcium | Ca | | Carbone | C | | Chlore | Cl | | Cuivre | Cu | | Fer | Fe | | Fluor | F | | Hélium | He | | Hydrogène | H | | Iode | I | | Lithium | Li | | Magnésium | Mg | | Mercure | Hg | | Nickel | Ni | | Or | Au | | Oxygène | O | | Platine | Pt | | Plomb | Pb | | Potassium | K | | Sodium | Na | | Soufre | S | | Uranium | U | Le symbole chimique d'un élément est le même dans toutes les langues. Il est constitué d'une ou de deux lettres. La première lettre du symbole est toujours une majuscule et la deuxième lettre, une minuscule. Les lettres choisies pour identifier un élément proviennent souvent de son nom latin. Par exemple, le symbole du sodium est «Na» parce que son nom latin est *natrium*. Chaque élément est symbolisé de la même façon dans toutes les langues. ### Quel est l'élément le plus abondant dans l'Univers? L'élément le plus abondant est l'hydrogène. C'est l'élément le plus simple et le plus léger qui existe. Il représente à lui seul près de 92% de tous les atomes de l'Univers. Le deuxième élément le plus abondant, l'hélium, compose pour sa part près de 7% des atomes. Tous les autres éléments ne constituent donc que le 1% qui reste. ### La combinaison des éléments Les éléments peuvent se lier chimiquement à d'autres éléments pour former de nouvelles substances. Les éléments sont un peu comme les briques d'un jeu de construction. Dans un jeu de construction, les briques ont des formes, des dimensions et des couleurs différentes. Ces briques servent à construire divers objets. De la même façon, les éléments servent à former toutes les substances qui nous entourent. Par exemple, il faut deux éléments, le sodium et le chlore, pour former du sel de table. Les éléments sont les ingrédients de base de toutes les substances qui existent dans l'Univers. ### De quoi suis-je fait? Voici, en ordre décroissant de masse, la liste des éléments qui composent le corps humain: oxygène (65%), carbone (18%), hydrogène (10%), azote (3%), calcium (1,5%) et phosphore (1%). D'autres éléments sont également présents dans des quantités minimes. Au total, nous sommes faits d'environ 60 éléments différents. ### 1.4 Le tableau périodique des éléments S'il y a un outil de travail fréquemment utilisé en science, c'est bien le tableau périodique des éléments. Ce tableau regroupe tous les éléments connus et fournit une foule de renseignements sur chacun. ### 1.4.1 Qu'est-ce que le tableau périodique des éléments? Pour connaître la masse d'un atome ou le nom d'un élément à partir de son symbole, tu peux consulter le tableau périodique des éléments. #### Définition Le tableau périodique des éléments est un outil qui regroupe tous les éléments connus. Les éléments y sont classés selon leurs propriétés physiques et chimiques. En plus des 94 éléments naturels, le tableau présente les éléments synthétiques (artificiels), c'est-à-dire ceux qui ont été fabriqués par les scientifiques. On estime qu'il y aurait environ 118 éléments. Ce nombre varie au gré des découvertes. #### Les renseignements donnés dans une case Il existe de nombreux modèles de tableaux périodiques. Celui de la page suivante comprend 114 éléments. Voici la signification du contenu d'une case de ce tableau. La couleur des cases indique l'état de l'élément (gazeux, liquide, solide) à la température ambiante, soit 25 °C. Ainsi, le bleu correspond à un solide. Les éléments synthétiques (qui n'existent pas dans la nature) sont identifiés par une couleur particulière. Chaque case du tableau périodique contient de nombreux renseignements utiles sur un élément. #### Le tableau périodique des éléments Le chimiste russe Dmitri Ivanovitch Mendeleïev conçoit le premier tableau périodique des éléments en 1869. À cette époque, seulement 61 éléments sont connus. Mendeleïev est sûr que d'autres éléments seront découverts et rempliront les cases qu'il a laissées vacantes dans son tableau. Ses prédictions se réalisent car, dès 1925, tous les éléments présents dans la nature sont identifiés. Le mendélévium, un élément synthétisé en 1955 pour la première fois, perpétue sa mémoire.