Stabilité des éléments chimiques

Prérequis : On se rappellera avoir établi au chapitre 5 la configuration électronique de

certains éléments chimiques et notamment : •C6:1s2 2s2 2p2

H1:1s1

O8: 1s2 2s2 2p4

N7: 1s2 2s2 2p3

I. Stabilité des gaz rares

Dans la classification périodique des éléments chimiques il existe une famille d'éléments chimiques particulièrement stable (inerte chimiquement), il s'agit de la famille des gaz rares (ou nobles ou stables). Lors de la construction du tableau périodique Mendeleïev les avait regroupé au sein d'un seule et même colonne, la 18ème et dernière. Exercice 1 : En utilisant une classification périodique, identifier les éléments chimiques que l'on qualifie de gaz stable:

1.Établir la configuration électronique de l'atome pour les trois premiers

2.Utiliser votre calculatrice pour connaître la configuration électronique des 3

suivants.

3.Identifier le numéro de la couche externe et le nombre d'électrons sur cette

couche, que constate-t-on ? Pour tous les gaz stables on constate la même chose, il y a 8 électrons sur la couche externe (sauf pour l'Hélium où il y en a 2) Cela revient en fait à respecter la règle du duet ou de l'octet : un élément est stable lorsque sa couche externe contient 2 (pour les atomes à très faibles numéro atomique) ou 8 électrons. II. Mimétisme pour les ions et les molécules Au cours des transformations chimiques, les atomes cherchent à gagner en stabilité. Pour cela, ils cherchent à obtenir la même configuration électronique que les gaz nobles c'est-à-dire soit 2 électrons sur leur dernière couche (règle du duet) soit 8 électrons sur leur dernière couche (règle de l'octet). Ils se transforment alors en ions ou en molécules. Cours de Seconde_Physique-chimie_Chapitre6_Stabilité des éléments chimiques 2/5

II.1. Formation d'un ion

On sait déjà qu'on ion est un atome qui aura perdu ou gagné des électrons, ce qu'on apprend aujourd'hui, c'est la raison pour laquelle les atomes on intérêt à gagner ou à perdre un certain nombre d'électrons : leur but est de gagner en stabilité.

Exercice 2 :

1.Compléter le tableau suivant (l'existence de ces ions est très théorique!):

Cl17Cl-Cl+Mg12Mg2+Mg 3-

Configuration

électronique

Numéro de la

couche externe

Nombre

d'électrons sur la couche externe

2.En argumentant votre réponse, dire quels sont les ions dont la formation vous

semble le plus probable parmi les suivants : Cl- ou Cl+ et Mg2+ ou Mg3- Exercice 3 : Concernant l'élément Lithium, et en utilisant un tableau périodique, prédire quel sera l'ion formé pour gagner en stabilité. Vous justifierez soigneusement votre réponse. Vous devez connaître un certain nombre d'ions monoatomiques : •Na+ : l'ion sodium •H+ : l'ion hydrogène •Cl- : l'ion chlorure •F- : l'ion fluorure •K+ : l'ion potassium •Ca2+ : l'ion calcium •Mg2+ : l'ion magnésium

II.2. Formation d'une molécule

Une molécule est constituée d'un assemblage d'atomes. Elle est électriquement neutre. Chaque molécule est représentée par une formule brute qui traduit sa composition. Pour écrire la formule brute d'une molécule, on écrit côte à côte les symboles des atomes qui la constituent, en précisant en indice, à droite du symbole, le nombre d'atomes. Cours de Seconde_Physique-chimie_Chapitre6_Stabilité des éléments chimiques 3/5 Dans les molécules, les atomes mettent en commun des électrons pour gagner en stabilité. Les électrons sont présents soit sous forme de doublets liants (chaque atome met en commun un électron, on obtient une liaison covalente) soit sous forme de doublets non liant (2 électrons qui sont 'attribués' à un atome mais sans former de liaison). Les arrangements sont faits pour que chaque atome de la molécule puisse être le plus stable possible. Exercice 4 : Dans la molécule de méthane CH4, justifier que chaque atome respecte la règle de l'octet ou du duet. Exercice 5 :Dans la molécule de dioxyde de carbone CO2, justifier que chaque atome respecte la règle de l'octet ou du duet. Les formules développées qui explicitent les doublets liants et non liants sont appelées schéma de Lewis de la molécule. Le schéma de Lewis indique donc l'organisation des électrons de valence pour chaque atome mis en jeu : •Dans un doublet non liant •Dans un doublet liant, au sein d'une liaison covalente qui peut être : ◦Une liaison simple (2 électrons mis en jeu) ◦Une liaison double (4 électrons mis en jeu) ◦Une liaison triple (6 électrons mis en jeu) Exercice 6 : On donne le schéma de Lewis de la molécule d'acide éthanoïque :

1.Écrire la formule brute de cette molécule

2.Dénombrer les doublets liants et non liants

3.Justifier la stabilité d'une telle molécule.

Cours de Seconde_Physique-chimie_Chapitre6_Stabilité des éléments chimiques 4/5 Exercice 7 : Dans les modèles moléculaires on adopte généralement la convention suivante : •Noir : atome de carbone •Blanc : atome d'hydrogène •Rouge : atome d'oxygène Proposer pour chaque molécule représentée un schéma de Lewis et vérifier qu'il soit bien compatible avec les règles du duet et de l'octet.

Molécule A :Molécule B :Molécule C :

III. Énergie de liaison

Une fois que la molécule est formée, chaque liaison fait partie d'un " tout » qui permet la stabilité d'une molécule. Pour casser cette molécule il faudra lui fournir de

l'énergie : l'énergie nécessaire pour rompre une liaison est appelée énergie de liaison

et dépend de la nature de la liaison considérée.

LiaisonC-CC-HC-OC=OO-H

El(J)5,74∗10-196,84∗10-195,94∗10-191,33∗10-187,62∗10-19Exercice 8 : Calculer l'énergie qu'il faut pour dissocier totalement les atomes d'une

molécule de : •Dioxyde carbone : •Méthane : •Acide méthanoïque : Cours de Seconde_Physique-chimie_Chapitre6_Stabilité des éléments chimiques 5/5 Exercice 9 : Les molécules sont dites isomères lorsqu'elles ont la même formule brute mais une représentation dans l'espace différente.

Exercice 10 :

Cours de Seconde_Physique-chimie_Chapitre6_Stabilité des éléments chimiquesquotesdbs_dbs8.pdfusesText_14

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Chapitre 1 : Les éléments chimiques

Classification Périodique des éléments chimiques

Classification périodique des éléments chimiques

Les éléments chimiques

Ch1 : Un niveau d’organisation : Les éléments chimiques

Thème 1 / Activité 1 Les éléments chimiques dans l’Univers