Chap7 : De l'espèce chimique à l'entité chimique
I - Les entités chimiques
1) Échelle macroscopique : espèces chimiques
L'échelle macroscopique correspond à ce que l'œil humain peut distinguer.
A cette échelle, on parle d'espèce chimique.
2) Échelle microscopique : entités chimiques
Une espèce chimique contient un très grand nombre d'entités chimiques identiques.
L'échelle microscopique correspond à l'échelle des entités chimiques.
Les entités chimiques peuvent être des atomes, des molécules (constituée d'atomes) ou des ions.
II - Constitution des entités chimiques
1) Un noyau et des électrons
a - Particules élémentaires de la matière
Les entités chimiques sont constituées d'un noyau (qui contient les nucléons : protons et neutrons ) entouré du cortège électronique (qui contient les électrons).
b - Composition du noyau
Le nombre de proton dans le noyau est appelé numéro atomique et noté \(Z\).
Le numéro atomique identifie l'élément chimique auquel appartient l'atome ou l'ion, et donc le symbole \(X\) qu'il faut utiliser.
Le nombre de neutrons est \(A-Z\).
Le nombre de nucléon (protons + neutrons) est noté \(A\).
\(\ce{^A_Z X}\)
c - Tailles
L'ordre de grandeur du diamètre d'un atome est de \(\pu{E-10 m} = \pu{0,1 nm}\).
L'ordre de grandeur du diamètre du nuage électronique est de \(\pu{E-15 m}\).
d - Masses
Les protons et les neutrons ont la même masse, environ \(2000\) fois plus grande que celle de l'électron. On peut donc considérer, avec une bonne approximation, que la masse des entités chimiques est concentrée dans les noyaux.
Pour information : \(m_p \simeq m_n = \pu{1,673E27 kg}\). et \(m_e = \pu{9,109E31 kg}\)
e - Charges
La charge est une grandeur qui se note en général q. Elle peut être positive ou négative. ELle s'exprime en coulomb (symbole C).
On appelle charge élémentaire la plus petite charge qui puisse exister. On la note \(e\).
Pour information : \(e = \pu{1,6E-19 C}\).
Le proton est positif, il a une charge égale à \(+e\).
Le neutron est neutre, il a une charge égale à \(\pu{0 C}\).
L'électron est négatif, il a une charge égale à \(-e\).
e - Récapitulatif pour les particules élémentaires
| Emplacement | Charge | Masse | |
|---|---|---|---|
| Protons | Dans le noyau Collés les uns aux autres |
+e | Importante |
| Neutrons | 0 | ||
| Électrons | Dans le cortège électronique Très espacés les uns des autres |
-e | Faible |
2) Cas des atomes
Les atomes sont globalement neutres : le nombre d'électrons est égal au nombre de protons.
Le symbole d'un atome est celui de son noyau.
Exemple : \(\ce{C}\), \(\ce{O}\), \(\ce{Fe}\).
3) Cas des molécules
Les molécules sont des combinaisons d'atomes.
Le symbole d'une molécule rend compte de sa composition en atomes.
Exemple : \(\ce{CO2}\), \(\ce{C6H12O6}\).
3) Cas des ions
a - Les ions monoatomiques
Les ions ne sont pas neutres : le nombre d'électrons est différent du nombre de protons.
On distingue :
- - les cations, positifs, qui contiennent moins d'électrons que de protons ;
- - les anions, négatifs, qui contiennent plus d'électrons que de protons.
Le symbole d'un ion monoatomique est celui du noyau que l'on complète avec un nombre positif ou négatif correspondant au déficit ou à l'excédent d'électrons.
Exemple : \(\ce{Cl-}\), \(\ce{Cu^2+}\).
b - Les ions polyatomiques
Dans certains cas, le déficit ou l'excès d'électrons est réparti sur plusieurs noyaux. On parle alors d'ions polyatomiques.
Le symbole d'un ion polyatomique s'écrit avec les symboles des noyaux que l'on complète avec le déficit ou à l'excédent d'électrons.
Exemple : \(\ce{NH_4^+}\), \(\ce{SO4^2-}\)
III - Neutralité de la matière
A l'échelle macroscopique, la matière est neutre.
Cela se traduit par le fait que les charges des cations doivent compenser les charges des anions.
Les formules des entités chimiques doivent rendre compte de cette neutralité. Cela concerne en particulier les solutions aqueuses et les solides ioniques.
Exemples :
• Formule d'une solution de chlorure de cuivre : \(\ce{Cu^2+_{(aq)} + 2 Cl-_{(aq)}}\)
• Formule du chlorure de cuivre solide : \(\ce{CuCl2_{(s)}}\)