Notes de cours Univers Matériel (Chapitre 1) PDF

Année 2023-2024 2e secondaire Univers Matériel Fusion Solidification Gaz Liquide Solide NOTES DE COURS Chapitre 1...

Année 2023-2024 2e secondaire Univers Matériel Fusion Solidification Gaz Liquide Solide NOTES DE COURS Chapitre 1 : L’organisation de la matière Nom: __________________ Foyer: ____  Je réactive mes connaissances Qu’est-ce que la matière ? ❏ La matière doit occuper de l’espace (un volume). ❏ La matière doit posséder une masse. ❏ La matière est composée de particules, appelées atomes ou molécules. ❏ La matière possède 4 états: solide, liquide, gazeux et plasma. ❏ La matière compose toute chose qui nous entoure. L’eau (H2O) est de la matière puisqu’elle répond aux critères précédents. L’eau liquide occupe un L’eau est une espace de 30 mL. Il molécule unissant s’agit de son volume. des atomes d’hydrogène et des atomes d’oxygène. 30 grammes L’eau a une quantité de matière de 30 g. Il s’agit de sa masse. La lumière perçue lors d’un éclair est causée par un plasma. Lors d’un tonnerre, le courant électrique formé réchauffe les gaz présents dans l’atmosphère et les transforme en plasma. Les atomes présents dans ce milieu très énergétique sont excités, se dissocient et émettent alors de la lumière.  1.1 Le modèle atomique Un modèle scientifique est une représentation tangible (visible) d’une réalité intangible (qu’on ne peut percevoir par nos sens). Quelles sont les qualités d’un bon modèle? 1. Explique bien la réalité (Il fournit des informations) 2. Prédit bien la réalité (Il prévoit des informations) 3. Perfectible (Il peut être amélioré) Exemple du modèle planétaire du système solaire. 1. Explique bien la réalité. Ce modèle permet de nous expliquer que les planètes sont de forme sphérique, suivent un certain ordre, et que certaines ont des apparences différentes. Il nous permet de connaître l’ordre des planètes, leurs grosseurs relatives et leurs orbites autour du Soleil. 2. Prédit bien la réalité. Ce modèle peut nous permettre de prédire la position des planètes à certains moments dans leur révolution autour du Soleil. Il peut aussi prédire la collision de la comète. 3. Perfectible: Ce modèle peut être amélioré puisqu’il ne représente pas la distance relative entre les planètes, la présence de satellites naturels et de planètes naines, le mouvement et la trajectoire des planètes. Dans quelques décennies, nous ne serons plus, mais nos atomes existeront toujours, poursuivant ailleurs l’élaboration Ils du monde. - Hubert Reeves, astrophysicien, ont dit vulgarisateur scientifique et écologiste canadien  1.1 Le modèle atomique Qu’est-ce qu’un modèle atomique ? Nous apprenons que la matière est composée d’atomes et de molécules. Que sont-ils exactement ? Y a-t-il un moyen simple de les représenter, puisque l’on ne peut les voir à l'œil nu ? 1 Intérêt de comprendre ce qu’est la matière Démocrite (450 Av jc.) L’organisation de la matière Élaboration d’un modèle 2 scientifique Aristote (450 Av jc.) Modèle atomique par... 3 4 Dalton Thomson (1803) (1904) t6 5e Rutherford-Bohr 7 (1911-1913) Schrödinger (1926)  1.1 Le modèle atomique Le modèle atomique de Dalton John Dalton est un chimiste et physicien britannique connu pour être le père de la théorie atomique moderne. À partir de connaissances découvertes par d’autres scientifiques et par ses propres John Dalton 1766 - 1844 observations, il élabora des postulats sur la représentation de l’atome. La plupart de ses postulats sont encore utilisés et validés à ce jour. Les postulats Les représentations Toute la matière est constituée d’atomes indivisibles. Cl Les atomes d’un même élément sont identiques (possèdent la même masse et O O les mêmes propriétés). Les atomes d’éléments différents sont différents (ne possèdent pas la même O C masse ni les mêmes propriétés). Les atomes peuvent s’assembler ou se séparer pour donner de nouveaux O composés avec de nouvelles propriétés. Un regroupement d’atomes se nomme H H une molécule. La représentation d’un atome ou d’une molécule selon le modèle de Dalton est très simple. 1. Chaque atome est représentée par une sphère. 2. On inscrit le symbole atomique au centre de la sphère. (voir le tableau périodique) 3. Lorsque ce sont des molécules, on colle les sphères. Exemples d’atomes: He L’atome d’Helium O L’atome d’oxygène Be L’atome de beryllium Cl L’atome de Chlore Exemples de molécules:  1.3 Les molécules Les formules chimiques La formule chimique est une représentation simplifiée d’un élément ou d’un composé. Elle regroupe les symboles de chaque atome qui compose un atome ou une molécule. Si plusieurs exemplaires d’un même atome se retrouvent dans la molécule, on le signifie par un nombre en indice suivant le symbole de cet atome. Exemple du dioxyde de carbone : Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique, est une molécule composée d’un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène liés chimiquement entre eux. Symbole Sym atom bole atomique de ique l’oxygène carbo du CO2 ne L’indice après le symbole chimique de L’absence d’indice après un atome l’atome, représente le nombre dans une molécule signifie qu’il n’y a d’exemplaires de l’atome dans la qu’un exemplaire de cet atome. molécule qui sont liés chimiquement ensemble. On place généralement les symboles atomiques dans le même ordre qu’on les retrouve dans le tableau périodique: de la gauche vers la droite. Il y a toutefois des exceptions. Autres exemples de formules chimiques : L’indice ne se trouve jamais CO2 : Dioxyde de carbone devant la formule chimique ou un H2O : Oxyde de dihydrogène symbole chimique quelconque. S’il NaCl : Chlorure de Sodium y a un chiffre devant la formule CH4 : Tétrahydrure de carbone (méthane) chimique, il s’agit d’un coefficient qui indique le nombre de CH3COOH : Acétate d’hydrogène (vinaigre) molécules présentes. NaHCO3 : Hydrogénocarbonate de sodium (petite vache)  1.3 Les molécules Les molécules sont une association d’atomes (au moins deux) semblables et/ou différents. La molécule possède des propriétés différentes des atomes qui la composent. On sait aujourd’hui que pour s’unir et former des liens chimiques, les atomes s’échangent ou partagent des électrons situés en périphérie. Exemple: La molécule d’eau contient deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène: Représentation de Dalton Représentation Remarquez bien! (utilisée en 2e secondaire) actuelle simplifiée Lorsque des liaisons sont formées, les noyaux d’atomes ne se touchent pas. Ce sont exclusivement les électrons qui s’échangent ou se partagent. La molécule de chlorure de sodium (sel de table) contient un atome de sodium (Na) et un atome de chlore (Cl) Substances Propriétés Sodium Le sodium (Na) est un métal Na qui explose au contact de l’eau. Chlore Le chlore (Cl) tue les organismes vivants dans nos Cl piscines. Sel de Le sel de table (NaCl) est table Na Cl comestible et inoffensif. (chlorure de sodium) 1.3 Les molécules Des exemples de molécules Modèle de Dalton Formule chimique Description H Le méthane est une molécule composée à partir d’un atome de H C H CH4 carbone d’hydrogène. et de Sous 4 sa atomes forme gazeuse, il est combustible, c’est- à-dire qu’il dégage de l’énergie au H contact d’une flamme. L’ozone est une molécule élémentaire construite à partir de 3 atomes d’oxygène. À température pièce (23oC), il se présente sous O O3 forme gazeuse. Dans l’atmosphère, il nous protège des rayons nocifs du Soleil et en industrie, on l’utilise pour O O le traitement des eaux usées. Le chlorure de sodium, mieux connu sous le nom de sel de table, est une molécule composée d’un atome de sodium et d’un atome de Na Cl NaCl chlore. À température pièce (23oC), il se présente sous forme solide. On l’utilise souvent pour rehausser le goût des aliments. Lorsque vous observez un cube de chlorure de sodium, vous voyez en réalité des milliards de molécules de NaCl liées les unes aux autres par une force que l’on nomme force intermoléculaire. L’organisation naturelle de ces molécules nous permet de constater une forme cubique.  ATOME L’atome fait référence à la plus petite particule composant la matière selon Dalton. En 2e secondaire, nous considérons le plus souvent qu’elle est indivisible (postulat de Dalton). Nous savons en réalité que ce n’est pas le cas. ÉLÉMENT Un élément est une substance constituée uniquement d’ éléments semblables. Qu’il soit un atome unique ou une molécule, les éléments sont indissociables. Une molécule peut être un élément, mais un MOLÉCULE élément n’est pas nécessairement une molécule. La molécule fait référence à 2 ou plusieurs atomes liés chimiquement ensemble, peu importe leur nature. Cette liaison est produite par l’échange ou le partage d’électrons.  1.1 Le modèle atomique Le modèle atomique simplifié La représentation atomique simplifiée s’est construite au fil des observations et des expérimentations scientifiques de plusieurs scientifiques connus. Qu’il s’agisse de la découverte des électrons faite par Thomson, de celle des protons faite par Rutherford, des électrons qui gravitent autour de couches distinctes réalisée par Bohr et de la découverte des neutrons prouvée par Chadwick, toutes ces nouvelles connaissances menèrent à une modélisation que l’on appelle, le modèle simplifié. Comme tout bon modèle, cette représentation s’est perfectionnée et complexifiée au fil du temps. Nous nous en tiendrons toutefois au modèle de Dalton lors des prochains chapitres. Les postulats La représentation L’atome est divisible lors de réactions nucléaires (dans le noyau, aussi appelé nucléon). Il contient un noyau solide composé de protons (particules positives) et de neutrons (particules neutres). L’ensemble de ces deux particules est aussi appelé nucléon. Nucléon Des électrons (particules négatives) gravitent très loin autour du noyau. L’atome est électriquement neutre. Orbites Le nombre de protons est toujours électroniques égal au nombre d’électrons. Les électrons gravitent selon une certaine trajectoire, appelée une orbite électronique.  1.2 Le tableau périodique Le tableau périodique Période des éléments Famille État des éléments à température pièce (23oC) Dmitri Mendeleïev Règle d’écriture des éléments dans le tableau périodique Le tableau périodique des éléments est un tableau regroupant tous les éléments (nature d’atomes) existants dans l’Univers. Le tableau périodique des éléments est plus complexe qu’il en a l’air. Il classe les atomes selon plusieurs caractéristiques communes. Les colonnes sont nommées familles. Les éléments d’une même famille possèdent des caractéristiques et des propriétés semblables: ils réagissent avec les mêmes éléments, ils forment le même type de composés, ils sont très ou peu réactifs, etc. Les familles indiquent le nombre de liaisons possibles qu’un élément peut faire. Les lignes sont des périodes. Dans une période, la masse des éléments augmente lentement de gauche à droite. Les éléments y sont classés selon leur numéro atomique qui représente le nombre de protons dans leur noyau. Les éléments d’une même période ont aussi le même nombre d’orbites électroniques. Voici les points les plus importants. Les éléments sont classés en ordre croissant de grandeur et de masse de l’atome; de gauche à droite des périodes (les lignes). Tous les éléments d’une même famille (colonne) ont des propriétés semblables. La légende au bas du tableau indique l’état de la matière dans lequel l’élément se trouve à température de la pièce (23OC) seulement.  1.2 Le tableau périodique Le numéro atomique (Z): L’atome d’hélium contient 2 protons Il ne s’agit pas que d’un chiffre de (charges positives) classement. Le numéro atomique et 2 électrons représente le nombre de protons (charges négatives) présents dans le noyau de l’atome. Ce qui gravitent autour nombre est également toujours égal au du noyau. nombre d’électrons. 2 Le symbole atomique: Il est un symbole qui représente l’atome universellement. Il s’agit du même symbole He dans toutes les langues. Il contient 1 ou 2 lettres. La première lettre est toujours en majuscule. Helium La deuxième, toujours en minuscule. 4 Le nom de l’atome: Le nom de l’atome est souvent inscrit directement en dessous du symbole atomique. Il peut varier d’une langue à l’autre. La masse atomique relative (A): Le noyau de l’hélium Le nombre de masse atomique est la contient 2 protons et plupart du temps représenté en dessous du 2 neutrons. Chaque nom de l’atome. nucléon pèse 1. Donc Il s’agit d’un nombre qui, arrondi, la masse atomique représente le nombre de nucléons, ainsi de l'hélium est de 4. que la masse relative de l’atome. Les nucléons sont les particules qui L’électron est tellement petit par composent le noyau: les protons et les rapport au noyau qu’on ne considère neutrons. pas sa masse dans un atome.  1.2 Le tableau périodique Représentation de différents atomes selon les modèles étudiés. Représentation de Dalton Représentation (utilisée en 2e secondaire) actuelle simplifiée 2 He He Helium 4 8 O O Oxygène 16 4 Be Be Béryllium 9 Avez-vous remarquez que nous = 1u pouvons trouver le nombre de neutrons = 1u à l’aide de la masse atomique relative et du numéro atomique? Effectivement, la masse atomique arrondie représente le Masse atomique - nbr de protons = nbr de neutrons nombre d’unités du noyau (nbr de nucléons).  J’apprends autrement Des vidéos: Des liens: Les atomes et les molécules La matière et son organisation Le tableau périodique des éléments Actualités: