chimie - dphu.org · le tableau de mendeleev fiche n°10 : classement des principaux éléments à...
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MINISTERE DE LA COMMUNAUTE FRANCAISE MINISTERE DE LA COMMUNAUTE FRANCAISE
ADMINISTRATION GENERALE DE L'ENSEIGNEMENTADMINISTRATION GENERALE DE L'ENSEIGNEMENTET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUEET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
Service général des Affaires pédagogiques, de la Recherche en Pédagogie et du PilotageService général des Affaires pédagogiques, de la Recherche en Pédagogie et du Pilotage de l'Enseignement organisé par la Communauté françaisede l'Enseignement organisé par la Communauté française
Inspection de l’enseignement secondaire Inspection de l’enseignement secondaire
Centre d’Auto-Formation (CAF) - TihangeCentre d’Auto-Formation (CAF) - Tihange
CHIMIEDEUXIEME DEGRE (4e)
Fiches de séquences de leçons
Deuxième édition – version élève
Travail collectif réalisé par des professeurs de chimieTravail collectif réalisé par des professeurs de chimie
sous la direction des Inspecteurs Philippe ARNOULD et Jacques FURNEMONT sous la direction des Inspecteurs Philippe ARNOULD et Jacques FURNEMONT
et de Pierre COLLETTE, Formateur pédagogiqueet de Pierre COLLETTE, Formateur pédagogique
19981998
PROFESSEURS AYANT COLLABORE AU DEVELOPPEMENT DES SUPPORTS D’ACTIVITE
Baiverlin C. AR Verviers
Barbette S. AR Pont de Seraing
Beghin E. AR Y. Cornet Jupille
Bes N. AR Jean Absil Bruxelles
Blondeau E. AR L. Tellier Anvaing
Bonmariage R. AR Aywaille
Crocq P. AR Waremme
Deberg F. AR Chênée
Debraine C. AR du Centre Braine L’Alleud
Deconinck C. AR Beauraing
Dehuy F. AR Flémalle
Delmarcelle L. AR Ottignies
Delvigne F. AR Virton
Demoustier R. AR Péruwelz
Dufour R. AR Dour
Dujardin J. AR Jodoigne
Fostier N. AR Beaumont
Furlan M. AR Y. Cornet Jupille
Galand M. AR Bruxelles 2
Gallez O. AR Quiévrain
Garraux J.P. AR Bertrix
Ghiot C. AR Prince Baudouin Marchin
Gillet A. LCF Plombières
Gowenko B. ITCF Jemelle
Grogna M-T. AR Jean d'Avesnes Jemappes (Jemappes) Guyaux A. AR Chatelet Centre
Heinesch M. LCF Manhay
Hooghe V. AR Enghien
Hotelet F. AR Les Marlaires Gosselies
Hougardy M-L. AR Herstal
Jeronnez E. AR Uccle I
Knappenberg M. AR St Ghislain
Lamborelle G. LCF Reine Fabiola Houffalize
Loos M. AR Koekelberg
Malengreau N. AR Braine le Comte
Manet G. AR Gilly
Maréchal A. AR Binche
Maréchal R. AR Neufchâteau
Martin G. AR Philippeville
Martin R. AR Vielsalm
Merciny L. AR Huy
Michaux J. AR Thil Lorrain Verviers
Michel F. AR Riva Bella Braine L’Alleud
Nailis J. AR Malmédy
Naoumoff M. AR Rochefort
Orlez L. AR Esneux
Parent A. AR Campin Tournai
Pignon D. AR Andrée Thomas Forest
Portier E. AR Mouscron
Preutens E. AR Watermael-Boitsfort
Regniers N. AR Binche
Remy C. AR Comines
Schoofs C. AR Uccle I
Tarte C. AR Ouffet
Verheslt N. AR Thuin
Vissenaekens E. LCF Pecq
Wanlin C. AR Athus
INTRODUCTION
Les séquences qui suivent sont construites selon la méthodologie
préconisée dans le programme de 4G : développer des capacités
centrées sur la démarche scientifique. La démarche inducto-
déductive comporte quatre étapes :
idée - action - conclusion - application
Cette approche inductive est destinée à associer l’élève à la
construction du savoir, ce qui nécessite, dans un contexte
d’expérimentation, la mise en œuvre de divers supports tels que
tableaux, graphiques, schémas ...
Il est illusoire d’imaginer qu’un tel travail puisse être réalisé à titre
individuel, c’est pourquoi ce document est le résultat de la
contribution de plusieurs équipes de professeurs volontaires. Il
constitue l’aboutissement des séquences de leçons mises au point
lors des journées pédagogiques.
Ce document comporte une cinquantaine de fiches, ce qui
correspond à une moyenne d'une fiche par leçon pour le cours de
chimie à raison de deux périodes par semaine. Quant au cours de
chimie à raison d'une période par semaine, une sélection de vingt-
cinq fiches environ s'impose: l'électrolyse sera limitée à un ou deux
exemples; la liaison chimique fera également l'objet d'une étude
condensée.
CAF - chimie 4e - page 4
SOMMAIRE
APPROCHE EXPERIMENTALE DU TABLEAU PERIODIQUE : les métaux, les non-métaux et leurs ions. 1. Les ions en solution aqueuse � Fiche n°1 : Quelle est la composition d’une eau minérale ? � Fiche n°2 : Le sodium présent dans l’eau minérale est-il sous forme métallique ou sous une autre
forme ? � Fiche n°3 : Dans l’eau, le sodium (Na) est-il présent sous forme d’entité électriquement neutre ou
chargée ? � Fiche n°4 : Quelle est la nature de la charge portée par Cu et Cl dans CuCl2 (aq) ? � Fiche n°5 : Les conclusions de la fiche consacrée à l’électrolyse sont-elles généralisables ?
2. L' ionisation des métaux et des non-métaux � Fiche n°6 : Quelle(s) différence(s) y a-t-il entre l’atome neutre et le cation correspondant ? � Fiche n°7 : Quels critères peut-on adopter pour classer les métaux ? � Fiche n°8 : Quelle(s) différence(s) y a-t-il entre l’atome neutre et l’anion correspondant ? � Fiche n°9 : Quels critères peut-on adopter pour classer les non-métaux ?
LA CLASSIFICATION PERIODIQUE
3. Le tableau de Mendeleev � Fiche n°10 : Classement des principaux éléments à l’aide du puzzle périodique. � Fiche n°11 : Quelle est la signification physique du numéro atomique Z ?
LA STRUCTURE DE L'ATOME
4. Les relations propriétés - configuration électro nique � Fiche n°12 : Le modèle essaim d’abeilles permet-il d’expliquer l’évolution du rayon atomique en
fonction du nombre d’électrons ? � Fiche n°13 : Pour chacun des 20 éléments les plus légers, quel est le nombre d’électrons de la
dernière couche ? � Fiche n°14 : Pour chacun des 20 éléments les plus légers, quelle est la répartition des électrons sur
les différentes couches ?
5. La configuration électronique des éléments des g roupes a � Fiche n°15 : Quelles significations physiques peut-on attribuer au n° du groupe a et au n° de
période auxquels appartient un élément chimique ? � Fiche n°16 : Pourquoi les éléments d’une famille ont-ils des propriétés analogues ? � Fiche n°17 : Comment peut-on représenter les éléments des groupes a, de manière à faire
apparaître la configuration de la couche électronique périphérique responsable de la réactivité des éléments d’une famille ?
6. Le noyau atomique et la carte d'identité d'un él ément � Fiche n°18 : Quelle est la structure du noyau de l’atome ? � Fiche n°19 : Peux-tu proposer une définition de la notion d’élément chimique sur base de la
structure du noyau ? � Fiche n°20 : Quelle relation y a-t-il entre le nombre de masse A et la masse atomique relative Ar
d’un élément chimique ?
L'ELECTRONEGATIVITE
7. L'échelle d'électronégativité des éléments � Fiche n°21 : Caractérisons la tendance à l'ionisation POSITIVE ou NEGATIVE d'un atome. � Fiche n°22 : Comment varie l'électronégativité (χ) dans le tableau périodique ? � Fiche n°23 : Comment localiser, à l'aide de l'électronégativité, un élément métallique ou non
métallique dans le T.P. ?
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LA LIAISON CHIMIQUE
8. La structure des solides � Fiche n°24 : Peut-on classer les solides en substances à structure ordonnée ou désordonnée ? � Fiche n°25 : Quelle est la structure microscopique des solides cristallins ?
9. La cohésion � Fiche n°26 : Quelles sont les forces qui assurent la cohésion dans les substances à structure
moléculaire ou ionique ?
10. Les forces électrostatiques � Fiche n°27 : Quelle est la nature des forces entre atomes dans la molécule de dihydrogène (H2) ? � Fiche n°28 : Quelle est la nature des forces entre ions dans le composé ionique NaCl ?
11. La représentation des liaisons � Fiche n°29 : Comment représentes-tu la formation d'ions dans les composés à caractère ionique ? � Fiche n°30 : NaCl est un substance ionique. Cl2 est une substance covalente. Qu'en est-il de HCl ?
12. La détermination du type de liaison � Fiche n°31 : Existe-t-il une relation entre ∆χ et la charge partielle δ+ ou δ− ? � Fiche n°32 : La formule générale peut-elle servir à classer des substances en substances à
caractère ionique ou substances à caractère moléculaire ? � Fiche n°33 : Quels types de liaison rencontre-t-on dans les composés binaires hydrogénés ? � Fiche n°34 : Justifie la géométrie spatiale des molécules des composés binaires hydrogénés. � Fiche n°35 : Quels types de liaison rencontre-t-on dans les composés binaires oxygénés ? � Fiche n°36 : Quelles sont les formules de structure de l'hémitrioxyde et de l'hémipentoxyde d'azote
? � Fiche n°37 : Quels types de liaison rencontre-t-on dans les composés hydroxylés XOH tels que
MOH et M'OH (HM'O) ? � Fiche n°38 : Quelle est la formule de structure d'un sel ?
13. Le nombre d'oxydation (N.O.) � Fiche n°39 : Qu'appelle-t-on nombre d'oxydation d'un élément chimique ? � Fiche n°40 : Comment détermine-t-on le N.O. d'un élément d'un composé binaire moléculaire? � Fiche n°41 : Comment détermine-t-on rapidement le N.O. d'un élément dans une molécule ? � Fiche n°42 : Comment déterminer par la méthode algébrique le N.O. d'un élément dans un ion
polyatomique ?
14. La géométrie moléculaire � Fiche n°43 : Quelle est la géométrie spatiale d'une substance à structure moléculaire (molécule ou
ion polyatomique) ?
15. Les relations propriétés/structure � Fiche n°44 : Comment se comportent diverses substances binaires en présence d'un champ
électrique ? � Fiche n°45 : Comment se comportent des substances moléculaires polaires en solution aqueuse ? � Fiche n°46 : Comment se comportent des substances ioniques en solution aqueuse ? � Fiche n°47 : Comment les acides, les bases hydroxydes et les sels se dissocient-ils en ions en
solution aqueuse ? � Fiche n°48 : Comment les oxydes acides (M'O) et les oxydes basiques (MO) se dissocient-ils en
ions en solution aqueuse ?
LA REACTION CHIMIQUE
16. Les réactions rédox et non rédox � Fiche n°49 : Recherche d'une classification des réactions chimiques. � Fiche n°50 : Quelle est l'interprétation électronique d'une rédox en solution aqueuse ? � Fiche n°51 : Classons les réactions non-rédox en solution aqueuse. � Fiche n°52 : Interprétons les réactions non-rédox en solution aqueuse à l'aide du modèle de
l'ionisation.
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APPROCHE EXPERIMENTALE DU TABLEAU PERIODIQUE : les métaux, les non-métaux et leurs ions
1. Les ions en solution aqueuse . Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°1 : Quelle est la composition d’une eau min érale ? • Fiche n°2 : Le sodium présent dans l’eau minérale est-il sous forme métallique ou sous une
autre forme ? • Fiche n°3 : Dans l’eau, le sodium (Na) est-il prése nt sous forme d’entité électriquement
neutre ou chargée ? • Fiche n°4 : Quelle est la nature de la charge porté e par Cu et Cl dans CuCl 2 (aq) ? • Fiche n°5 : Les conclusions de la fiche consacrée à l’électrolyse sont-elles généralisables ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur l'observation d'étiquettes d'eaux minérales et d'expériences simples afin de déterminer le schéma de décomposition (ionisation) des sels en solution aqueuse. La nature des ions sera confirmée par des expériences de conductibilité puis des électrolyses. Bilan notionnel • Mots clés : ion, anion, cation, générateur de courant, pile, borne d'un générateur, électrode,
électrolyse, électrolyte. • Représentations - Modèles : schéma d'une électrolyse (montage), schéma de fonctionnement,
équations des réactions aux électrodes.
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Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n° 1 IDEE Quelle est la composition d’une eau minérale ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne des étiquettes factices d’eaux minérales
Comparer des tableaux
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On demande 1. Compare les données relatives à la composition chimique de l’eau figurant sur les
deux étiquettes. Analogies:..................................................................................................................
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Différences:...............................................................................................................
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2. Dans l’état actuel de tes connaissances, es-tu en mesure de déterminer quelle est la notation correcte pour les entités citées?
3. Comment pourrais-tu procéder pour lever cette ambiguïté ?
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Passe à la fiche n°2.
OUI / NON
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Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n° 2 IDEE Le sodium présent dans l’eau minérale est-il sous f orme métallique ou sous une autre forme ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On réalise les expériences suivantes 1. On jette un petit morceau de sodium métallique (Na) dans l’eau d’un cristallisoir. 2. On procède de manière identique avec un pincée de chlorure de sodium (NaCl). On demande de réaliser le schéma des expériences et de noter les observations.
schéma observations addition de Na dans H2O
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addition de NaCl dans H2O
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CONCLUSION
Observer une réaction chimqiue. Etablir des relations entre les faits.
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Sous quelle forme le sodium est-il probablement présent dans l’eau minérale ? Précise tes arguments.
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Passe à la fiche n° 3.
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Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n°3 IDEE Dans l’eau, le sodium (Na) est-il présent sous form e d’entité électriquement neutre ou chargée ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C
On réalise l’expérience suivante : Vérifier s’il y a ou non passage du courant dans une solution contenant des entités sodium. Schéma de montage
schéma figuratif
légende 1. eau distillée ou solution testée 2. ampoule électrique 3. borne positive du générateur (pile) 4. borne négative du générateur (pile) 5. électrode positive (en graphite) 6. électrode négative (en graphite)
schéma conventionnel
Etablis la légende du montage sur le schéma conventionnel.
+ -
Etablir des relations entre des faits; émettre des hypothèses.
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Expériences
schéma observations
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CONCLUSION Sachant que le courant électrique est un flux de charges et compte tenu des observations précédentes, quelle(s) hypothèse(s) peux-tu formuler quant à la nature des entités sodium (et chlore) présentes dans une solution de chlorure de sodium NaCl (aq) ? .......................................................................................................................................
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Pour tester cette hypothèse, passe à la fiche n°4.
eau distillée
NaCl (aq)
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pompe
sens du déplacement du liquide
Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n°4 IDEE Quelle est la nature de la charge portée par Cu et Cl dans CuCl 2 (aq) (*) ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C Prérequis : toutes les solutions d'un sel de cuivre (II) sont bleues (à vérifier en classe). On réalise l’électrolyse du chlorure de cuivre (II) en solution aqueuse. Schéma du montage
légende 1. solution à électrolyser
2. borne positive du générateur (pile)
3. borne négative du générateur (pile)
4. électrode positive (en graphite)
5. électrode négative (en graphite)
6. ampoule électrique
Etablis la légende de ce montage. Analogie de fonctionnement : la pompe aspirante et refoulante
(*) On utlise CuCl2 plutôt que NaCl pour la facilité d’interprétation et pour des raisons pratiques (conditions expérimentales très particulières).
Le générateur de courant continu (pile) est comparable à une pompe: le sens du déplacement du liquide correspond au sens du déplacement des électrons dans les conducteurs solides et des particules chargées négativement dans la solution. Les particules chargées positivement se déplacent dans le sens inverse.
sens du déplacement des e-
+ - +
-
pile
3 2
4
5
1
Etablir des relations entre des faits; émettre des hypothèses.
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On demande • de représenter sur le schéma les modifications observées; • de noter les observations;
schéma observations
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• d’interpréter ces observations.
− Pour aider ta réflexion, indique d’abord sur le schéma ci-dessous:
1. la polarité des électrodes (signe + ou -); 2. le sens de déplacement des électrons dans le circuit extérieur (fils électriques); 3. le sens de déplacement des entités chargées dans la solution ( + ou - );
− Propose une explication pour justifier les observations de la page précédente:
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− En te souvenant que la molécule est électriquement neutre , précise les formules:
1. des entités chargées présentes initialement dans la solution?
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2. des entités finales ? ........................................................................................
− Quelles sont les transformations subies par les entités initiales aux électrodes ?
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_ _
+ _
+
+
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Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n°5 IDEE Les conclusions de la fiche consacrée à l’électroly se sont-elles généralisables ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C
On réalise l’électrolyse de trois solutions : ZnI2 (aq), NiCl2 (aq), HBr (aq).
Schéma Observations Conclusions Electrolyse de ZnI2 (aq)
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Ions initialement présents en solution:
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Transformations aux électrodes:
Electrode +: ........ .devient ..........
Electrode - : .......... devient ..........
Electrolyse de NiCl2 (aq)
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Ions initialement présents en solution:
...................................................
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Transformations aux électrodes:
Electrode +: ........ .devient ..........
Electrode - : .......... devient ..........
Electrolyse de HBr (aq)
............................................
............................................
............................................
............................................
............................................
............................................
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Ions initialement présents en solution:
...................................................
............................................
Transformations aux électrodes:
Electrode +: ........ .devient ..........
Electrode - : .......... devient ..........
Tirer une conclusion (généraliser), modéliser.
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SYNTHESE (MODELISATION)
1. Dissolution d’une substance du type MM’ ou HM’ dans l’eau
On donne
• le métal M et l’hydrogène H se trouvent à l’état d’ions positifs: M+ (aq) et H+ (aq);
• le non-métal M’ se trouve à l’état d’ions négatifs: M’- (aq).
SUBSTANCE
(ELECTROLYTE)
MM’ou HM’
ION POSITIF
(CATION)
M+ (aq) ou H+ (aq)
ION NEGATIF
(ANION)
M’- (aq)
CuCl2
ZnI2
NiCl2
HBr
Cu2+ (aq)
Zn2+ (aq)
Ni2+ (aq)
H+ (aq)
Cl- (aq)
l- (aq)
Cl- (aq)
Br- (aq)
On demande de caractériser:
• un électrolyte:
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................................................................................................................................
• un cation:
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................................................................................................................................
• un anion:
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2. Ionisation des électrolytes en solution aqueuse:
On demande
• de compléter les équations.
CuCl2 → Cu2+ (aq) + 2 Cl-(aq)
ZnI2 → .........................................
NiCl2 → .......................................
HBr → .........................................
• de préciser le comportement de l’électrolyte en solution aqueuse:
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• de justifier l’équilibration des équations de dissociation en ions:
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Zn2+ I-
I-
I-
l- Zn2+
Cu2+ Cl-
Cl-
Cl-
Cl- Cu2+
Ni2+ Cl-
Cl-
Cl-
Cl- Ni2+
H+ Br- H+
H+
Br-
Br-
Br- H+
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D’une manière générale:
MM’ →→→→ M+(aq) + M’ -(aq) (*)
HM’ →→→→ H+(aq) + M’ -(aq)
3. Migration des ions:
On donne
Lors d’une électrolyse
• les ions positifs (CATIONS) migrent vers l’électrode négative (CATHODE);
• les ions négatifs (ANIONS) migrent vers l’électrode positive (ANODE).
On demande de préciser dans cette expérience le rôle joué par:
• la cathode:
..............................................................................................................................
• l’anode:
..............................................................................................................................
(*) On suppose ici que A et B sont porteurs d'une seule charge électrique (monovalents).
_ _
+ _
+
+
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4. Réactions aux électrodes
a) Relate par un texte les événements qui se produisent aux électrodes:
• à la cathode;
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
• à l’anode.
..................................................................................................................................
..............................................................................................................................
..........................................................................................................................
+ -
Cl-
Cu2+
Cl-
+ -
Cl-
Cu2+
Cl-
+ - Cl
Cu
Cl
+ - Cl
Cu
Cl
+ - Cl-
Cu2+
Cl- e-
e- 2 e-
+ - Cl-
Cu2+
Cl- e-
e- 2 e-
EN FIN AU COURS AU DEBUT
EN FIN AU COURS AU DEBUT
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b) Les réactions aux électrodes peuvent être traduites par les équations suivantes:
2 Cl- (aq) →→→→ [ 2 Cl ] + 2 e - Cu2+ (aq) + 2 e- →→→→ Cu (s)
Cl2 (g)
Soit d’une manière plus synthétique:
• à la cathode: Cu2+ (aq) + 2 e- →→→→ Cu (s)
• à l’anode: 2 Cl- (aq) →→→→ Cl2 (g) + 2 e-
+ -
N.B.: Le chlore atomique est instable, il se recombine rapidement en chlore moléculaire.
+ -
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◊ Ecris les équations-bilans des réactions aux électrodes relatives aux autres
exemples envisagés:
a) ZnI2 :
• à la cathode:..........................................................................
• à l’anode: ..............................................................................
b) NiCl2 :
• à la cathode:..........................................................................
• à l’anode: ..............................................................................
c) HBr :
• à la cathode:..........................................................................
• à l’anode: ..............................................................................
◊ Généralise à l’aide des formules générales les réactions aux électrodes lors de
l’électrolyse de
a) MM’ :
• à la cathode:..........................................................................
• à l’anode: ..............................................................................
a) HM’ :
• à la cathode:..........................................................................
• à l’anode: ..............................................................................
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CONCLUSIONS
• Sous l’effet du solvant (H2O), l’électrolyte se dissocie en ions:
AB →→→→ A+(aq) + B-
(aq) (*)
• Sous l’effet du courant électrique, les ions migrent vers les électrodes de signe
opposé. Ils s’y neutralisent et se transforment en entités neutres:
Cathode (-): A +(aq) + e- →→→→ A0
Anode (+) : B -
(aq) →→→→ B0 + e-
(*)On suppose ici que M et M' sont porteurs d'une seule charge électrique (monovalents).
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CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 1 à 5)
PREMIERE SEQUENCE : APPROCHE DU TABLEAU PERIODIQUE - LES IONS EN SOLUTION AQUEUSE
1. Les eaux minérales contiennent des sels ionisés. Par exemple, le chlorure
de sodium, NaCl, est sous la forme d'ions Na+(aq) et Cl-(aq).
2. Ce fait peut être confirmé par des expériences de conductibilité
électrique de solutions salines.
schéma figuratif de conductibilité
légende 1. eau distillée ou solution testée 2. ampoule électrique 3. borne positive du générateur (pile) 4. borne négative du générateur (pile) 5. électrode positive (en graphite) 6. électrode négative (en graphite)
schéma conventionnel
Si on utilise une solution de NaCl, la lampe brille : des ions sont présents
en solution puisque cette dernière est conductrice du courant.
+ -
1
1
6
5
4
3
2
2
3
4
5
6
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pompe
sens du déplacement du liquide
3. La nature des charges présentes sur les ions métalliques et non
métalliques peuvent être précisées par des expériences d'électrolyse de
sels binaires en solution.
schéma figuratif d'une électrolyse
légende 1. solution à électrolyser
2. borne positive du générateur (pile)
3. borne négative du générateur (pile)
4. électrode positive (en graphite)
5. électrode négative (en graphite)
Analogie de fonctionnement de l'électrolyse : la pompe aspirante et refoulante
Lors de l'électrolyse d'une solution aqueuse de CuCl2, du cuivre se
dépose sur l'électrode négative et du chlore se dégage à l'électrode
positive : les ions du cuivre doivent donc être positifs et les ions du
chlore négatifs.
Equations des transformations :
• à l'électrode négative (cathode) : Cu2+(aq) + 2e- →→→→ Cu (s);
• à l'électrode positive (anode): 2 Cl- (aq) →→→→ Cl2 (g) + 2e-.
Le générateur de courant continu (pile) est comparable à une pompe: le sens du déplacement du liquide correspond au sens du déplacement des électrons dans les conducteurs solides et des particules chargées négativement dans la solution. Les particules chargées positivement se déplacent dans le sens inverse.
sens du déplacement des e-
+ - +
-
pile
1
2 3
4 5
CAF - chimie 4e - page 26
4. Quelques définitions:
• électrolyte : substance qui se dissocie en solution aqueuse et conduit
le courant électrique;
• cation : ion chargé positivement ;
• anion : ion chargé négativement ;
• cathode : électrode négative lors d'une électrolyse, elle attire les
cations;
• anode : électrode positive lors d'une électrolyse, elle attire les
anions.
5. Généralisation de l'électrolyse d'un composé binaire en solution aqueuse
• Sous l'effet du solvant (eau), l'électrolyte AB est dissocié en ions:
AB →→→→ A+(aq) + B-(aq)
• Sous l'effet du courant électrique, les ions migrent vers les
électrodes de signe opposé. Ils y perdent leurs charges et se
transforment en entités neutres :
� cathode (-) : A+(aq) + e- →→→→ A0
� anode (+) : B-(aq) →→→→ B0 + e-
CAF - chimie 4e - page 27
APPROCHE EXPERIMENTALE DU TABLEAU PERIODIQUE : les métaux, les non-métaux et leurs ions
L'ionisation des métaux et des non-métaux . Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°6 : Quelle(s) différence(s) y a-t-il entre l’atome neutre et le cation correspondant ? • Fiche n°7 : Quels critères peut-on adopter pour cla sser les métaux ? • Fiche n°8 : Quelle(s) différence(s) y a-t-il entre l’atome neutre et l’anion correspondant ? • Fiche n°9 : Quels critères peut-on adopter pour cla sser les non-métaux ? Démarche et compétences développées. La démarche préconisée est basée sur l'observation de schémas qui induisent la différence entre un atome et l'ion correspondant. Des situations expérimentales permettent de classer d'abord les métaux puis les non-métaux selon leur réactivité croissante et de proposer une ébauche de classement des éléments. Bilan notionnel. • Mots clés : noyau, électron, équation d'ionisation. • Représentations - Modèles : modèle de l'atome ( et des ions) en essaim d'abeilles, équations
d'ionisation.
CAF - chimie 4e - page 28
Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n°6 IDEE Quelle(s) différence(s) y a-t-il entre l’atome neu tre et le cation correspondant ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C
On donne une représentation schématique de l’atome (essaim d’abeilles). ex: atome de Na:
On demande 1. Choisis parmi les schémas suivants celui qui peut représenter l’ion Na+. a) b) c) 2. Complète le tableau suivant.
nbre de charges + (du noyau)
nbre de charges - (électrons)
bilan des charges
atome de Na
cation Na+
3. Comment l’atome de Na se transforme-t-il en un ion Na+ ? ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 4. Ecris l’équation d’ionisation de Na: ..........................................................................
11 +
e-
10 +
11e-
11 +
12 e-
11 +
10e-
Interpréter des représentations simples d’atomes et d’ions.
CAF - chimie 4e - page 29
APPLICATIONS 1. Complète le tableau suivant pour le potassium, le magnésium et le calcium.
nbre de charges + (du noyau)
nbre de charges - (électrons)
bilan des charges
atome de K 19
cation K+
atome de Mg 12
cation Mg2+
atome de Ca 20
cation Ca2+
2. Ecris les équations d’ionisation de K, de Mg et de Ca. • .................................................................................................................................
• .................................................................................................................................
• .................................................................................................................................
CONCLUSION Les cations (M n+) sont des atomes métalliques (M 0) qui ont perdu n électrons (e -).
Equation d’ionisation: M 0 →→→→ Mn+ + n e-
CAF - chimie 4e - page 30
Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n°7 IDEE Quels critères peut-on adopter pour classer les mét aux ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne des expériences à réaliser entre l’eau et différents métaux. On demande 1. Complète le tableau suivant: Réaction entre l’eau et Observations
le sodium (Na)
............................................................................................
............................................................................................
............................................................................................
le potassium (K)
............................................................................................
............................................................................................
............................................................................................
le magnésium (Mg)
............................................................................................
............................................................................................
............................................................................................
le calcium (Ca)
............................................................................................
............................................................................................
............................................................................................
2. Série les éléments en fonction de leur réactivité:
1).................... 2)...................... 3)...................... 4)......................
3. Classe les métaux en reportant ces éléments dans le tableau.
ion + ion 2+
.............................
.............................
.............................
.............................
.........................
.........................
.........................
.........................
Réactivité croissante
Observer des réactions, sérier et classer des métaux.
CAF - chimie 4e - page 31
Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n°8 IDEE Quelle(s) différence(s) y a-t-il entre l’atome neu tre et l’anion correspondant ? ACTION
Capacité exercée O H E R I C
On donne l’information suivante: l’atome de chlore compte 17 e-. On demande 1. de représenter un atome de chlore 2. Choisis parmi les schémas suivants celui de l’ion Cl-. a) b) c) 2. Complète le tableau suivant.
nbre de charges + (du noyau)
nbre de charges - (électrons)
bilan des charges
atome de Cl
anion Cl-
3. Comment l’atome de Cl devient-il un ion Cl- ? ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 4. Ecris l’équation d’ionisation de Cl: ..........................................................................
17 +
16 e-
17 +
18 e-
16 +
17 e-
Interpréter des représentations simples d’atomes et d’ions.
CAF - chimie 4e - page 32
APPLICATIONS 1. Complète le tableau suivant pour le brome et l’iode
nbre de charges + (du noyau)
nbre de charges - (électrons)
bilan des charges
atome de Br 35
anion Br-
atome de I 53
anion I-
2. Ecris les équations d’ionisation de Br et de I. • .................................................................................................................................
• .................................................................................................................................
CONCLUSION Les anions (M’ n-) sont des atomes non métalliques (M’ 0) qui ont capturé n électrons (e -).
Equation d’ionisation: M’ 0 + n e-→→→→ M’n-
CAF - chimie 4e - page 33
Approche expérimentale du tableau périodique - Fich e n°9 IDEE Quels critères peut-on adopter pour classer les non -métaux ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne des expériences à réaliser entre halogènes et halogénures. On demande 1. de compléter le tableau suivant en y indiquant les observations:
Cl2 (aq) Br 2 (aq) I2 (aq)
KCl (aq) / ............................... ..............................
KBr (aq) ............................... / ..............................
KI (aq) ............................... ............................... /
2. Série les halogènes selon une réactivité croissante.
1)......................... 2).......................... 3)..........................
SYNTHESE DES FICHES 7 et 9 Classe les éléments Na, K, Mg, Ca, Cl, Br et I dans le tableau suivant:
Ebauche de classement des éléments
M donnant un ion + M donnant un ion 2+ M’ donnant un ion -
....................................
....................................
....................................
....................................
....................................
....................................
....................................
....................................
...................................
...................................
...................................
...................................
Réactivité croissante
Observer des réactions, sérier et classer des éléments.
CAF - chimie 4e - page 34
CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 6 à 9) DEUXIEME SEQUENCE : APPROCHE DU TABLEAU PERIODIQUE - IONISATION DES METAUX ET
DES NON-METAUX 6. Les cations (Mn+) sont des atomes métalliques (M0) qui ont perdu n
électrons (e-).
Equation ionisation : M0 →→→→ Mn+ + n e-
Exemples : Na0 →→→→ Na+ + 1 e-
Ca0 →→→→ Ca2+ + 2 e-
7. Les anions (M'n-) sont des atomes non métalliques (M'0) qui ont capturé n
électrons (e-).
Equation ionisation : M'0 + n e- →→→→ M'n-
Exemples : Cl0 + e-→→→→ Cl-
S0 + 2 e-→→→→ S2-
8. Ebauche de classement des éléments rencontrés
M donnant un ion + M donnant un ion 2+ M’ donnant un ion -
Na
K
Mg
Ca
I
Br
Cl
Réactivité croissante
CAF - chimie 4e - page 35
LA CLASSIFICATION PERIODIQUE
3. Le tableau de Mendeleev Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°10 : Classement des principaux éléments à l ’aide du puzzle périodique. • Fiche n°11 : Quelle est la signification physique d u numéro atomique Z ? Démarche et compétences développées. La démarche préconisée est basée sur l'utilisation du puzzle périodique pour redécouvrir le tableau de Mendeleev en classant 42 éléments selon deux critères. Le numéro atomique Z est mis en relation avec le nombre de charges positives du noyau. Bilan notionnel. • Mots clés : numéro (nombre) atomique. • Représentations - Modèles : tableau périodique des éléments.
CAF - chimie 4e - page 36
La classification périodique - Fiche n°10 IDEE Classement des principaux éléments à l’aide du puzz le périodique (*). ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne un jeu de cartes d’éléments chimiques par groupe de 2 à 3 élèves. On demande 1. Extrais toutes les cartes roses du jeu de cartes.
• Quels sont les éléments représentés ?
............................................................................................................................
• Parmi ceux-ci, quels sont les éléments déjà rencontrés au cours de chimie ?
............................................................................................................................
• Ces éléments présentent-ils une analogie de propriétés chimiques ? Justifie ta réponse.
..................................................................................................................................
..............................................................................................................................
..........................................................................................................................
2. Extrais toutes les cartes bleues du jeu de cartes.
• Quels sont les éléments représentés ?
............................................................................................................................ • Parmi ceux-ci, quels sont les éléments déjà rencontrés au cours de chimie ?
............................................................................................................................ • Ces éléments présentent-ils une analogie de propriétés chimiques ? Justifie ta
réponse.
..................................................................................................................................
..............................................................................................................................
.........................................................................................................................
(*) Puzzle périodique - Université de Liège - Laboratoire d’Enseignement Multimédia L.E.M. Bâtiment B7 Sart Tilman B-4000 LIEGE, disponible au CAF de Tihange pour le réseau de la Communauté française.
Construire un tableau à double entrée
CAF - chimie 4e - page 37
3. Avant de classer les cartes, il faut éliminer du jeu les cartes suivantes (voir mode d’emploi 1ère version): • les 6 cartes jaunes qui portent un point noir dans le coin supérieur gauche • les 6 cartes jaunes qui portent un point noir dans le coin inférieur gauche.
4. Chaque groupe d’élèves essaie de classer les cartes. Mentionne ci-après les critères de classement de ton groupe:
..................................................................................................................................
Après classement replace dans ton tableau les cartes des éléments H et He écartées au départ.
5. Compare les différents classements proposés par tous les groupes. Le tableau le plus satisfaisant sera retenu.
6. Quels sont les critères choisis pour le classement retenu ?
..................................................................................................................................
7. En utilisant le nombre de lignes et de colonnes adéquates, reproduis dans la grille suivante le tableau choisi par l’ensemble de ta classe et numérote chaque case occupée par masse atomique croissante.
Ce n° d’ordre sera appelé numéro ou nombre atomique (symbole Z).
Quel est le numéro atomique du carbone ? .............................................................
8. Les éléments de chaque colonne du tableau constituent un groupe ou une famille. Définis cette notion: Une famille (ou un groupe) d’éléments est .............................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
9. Compare ton tableau périodique avec celui de ton professeur.
Rem.: A ce stade, nous nous sommes limités aux éléments figurant dans le puzzle périodique, nous les appellerons éléments des groupes a . La différence entre les n° d'ordre de ton tableau et ceux du tableau de ton professeur à partir du 21e élément est la conséquence de l'absence de Ga, Ge et des éléments des groupes b.
CAF - chimie 4e - page 38
La classification périodique - Fiche n°11 IDEE Quelle est la signification physique du numéro atom ique Z ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne une liste d’éléments déjà rencontrés en chimie: Na, K, Mg, Ca, Cl, Br et I. On demande 1. de compléter le tableau suivant en utilisant les fiches n°6 et 8.
Eléments déjà rencontrés en
chimie
nombre de charges + dans le
noyau
nombre d’électrons de
l’atome
numéro (nombre) atomique
Z Na
K
Mg
Ca
Cl
Br
I
2. A partir de ces données, donne une signification physique au numéro (nombre)
atomique Z :
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Construire et exploiter un tableau de données.
CAF - chimie 4e - page 39
CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 10 et 11) TROISIEME SEQUENCE : CLASSIFICATION PERIODIQUE - LE TABLEAU DE MENDELEEV
9. En classant les éléments du puzzle périodique selon deux critères
� horizontalement : Ar croissant,
� verticalement : stœchiométrie de l'oxyde,
on obtient un tableau périodique des éléments.
1 H
2 He
3 Li
4 Be
5 B
6 C
7 N
8 O
9 F
10 Ne
11 Na
12 Mg
13 Al
14 Si
15 P
16 S
17 Cl
18 Ar
19 K
20 Ca
21 As
22 Se
23 Br
24 Kr
25 Rb
26 Sr
27 In
28 Sn
29 Sb
30 Te
31 I
32 Xe
33 Cs
34 Ba
35 Tl
36 Pb
37 Bi
38 Po
39 At
40 Rn
41 Fr
42 Ra
10. Dans ce tableau, un colonne (verticale) correspond à une famille
d'éléments dont la stœchiométrie de l'oxyde est identique.
11. Le numéro d'ordre est appelé numéro atomique, il correspond au nombre
de charges positives du noyau ou au nombre d'électrons d'un atome de
l'élément considéré.
ATTENTION : Le tableau obtenu grâce au puzzle resse mble au tableau du professeur mais certains éléments manquent et par conséquent à partir de As, le numéro atomique ne correspond plus ( As est le n° 21, alors que dans le tableau du professeur, il possède le n°33 ! ).
CAF - chimie 4e - page 40
LA STRUCTURE DE L'ATOME
4. Les relations propriétés - configuration électro nique Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°12 : Le modèle essaim d’abeilles permet-il d’expliquer l’évolution du rayon
atomique en fonction du nombre d’électrons ? • Fiche n°13 : Pour chacun des 20 éléments les plus l égers, quel est le nombre d’électrons de
la dernière couche ? • Fiche n°14 : Pour chacun des 20 éléments les plus l égers, quelle est la répartition des
électrons sur les différentes couches ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la lecture de graphiques de variation dont la périodicité est interprétée par le modèle atomique "en couches". Bilan notionnel • Mots clés : rayon atomique, couche électronique, électron périphérique, période du T.P. • Représentations - Modèles : l'atome de Bohr
CAF - chimie 4e - page 41
Structure de l’atome - Fiche n° 12 IDEE Le modèle essaim d’abeilles permet-il d’expliquer l ’évolution du rayon atomique en fonction du nombre d’électrons ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne
0
50
100
150
200
250
H
He
Li
Be
B
CN
OF
Ne
Na
Mg
Al
SiP S Cl
Ar
K
Ca
Rayon atomique des 20 premiers éléments
nombre atomique (Z)
r / 103 nm
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
On demande A. Lire et traduire le graphique A.1.Quelles sont les grandeurs représentées
• en abscisse ? ......................................................................................................
• en ordonnée ? ......................................................................................................
? ? ?
Interpréter des graphiques, émettre des hypothèses.
CAF - chimie 4e - page 42
A.2. Ce graphique fait apparaître des sous-ensembles de données,
• combien ? ...........................................................................................................
• Délimite-les sur le graphique à l’aide de traits verticaux.
Quels sont les éléments de chaque sous-ensemble ?
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
A.3. Dans chacun des sous-ensembles, comment le rayon atomique évolue-t-il
quand le nombre atomique augmente ?
................................................................................................................................
................................................................................................................................
A.4. Quels sont les « éléments-pivots » de ces sous-ensembles ?
................................................................................................................................
A.5. Synthétise sous la forme d’un texte court toutes les informations que tu as
notées.
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
A.6. Pourquoi peut-on qualifier ce graphique de périodique ?
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
CAF - chimie 4e - page 43
B. Interpréter le graphique
Pour chaque élément, représente l’atome en dessinant un cercle dont le rayon est
égal à la hauteur (en cm) de la bandelette correspondante. Tu auras ainsi une
représentation de la taille relative des atomes. Fais tes dessins à l’échelle 1/4.
B.1. Pour chaque atome représenté, indique:
• au centre du cercle, le symbole et le nombre de charges positives (p+),
• à la périphérie du cercle, le nombre d’électrons (e-).
exemple:
H 1 p+
1 e-
N.B.: l’echelle ¼ n’est pas respectée
CAF - chimie 4e - page 44
B.2. Considère la deuxième période.
Suggère une hypothèse susceptible d’expliquer le fait que le rayon atomique
diminue globalement lorsque le nombre d’électrons augmente.
....................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
........................................................... ................................................................
CONCLUSION
A. Dans le cadre de l’hypothèse formulée, le modèle « essaim d’abeilles » est-il
toujours acceptable ?
B. Ce modèle permet-il d’expliquer la brusque transition d’un sous-ensemble à
l’autre, c’est à dire d’une période à la suivante [par exemple du fluor (F) au
sodium (Na)]?
C. Suggère une hypothèse qui pourrait expliquer la discontinuité observée entre
chaque période.
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
OUI / NON
OUI / NON
CAF - chimie 4e - page 45
Structure de l’atome - Fiche n° 13 (Cette fiche est nécessairement consécutive à la fiche n°12)
IDEE Pour chacun des 20 éléments les plus légers, quel e st le nombre d’électrons de la dernière couche ?
ACTION
Capacités exercées O H E R I C
On donne
0
5 0
1 0 0
1 5 0
2 0 0
2 5 0
H
H e
L i
B e
B
CN
OF
N e
N a
M g
A l
S iP S C l
A r
K
C a
R a y o n a t o m iq u e d e s 2 0 p r e m ie r s é lé m e n t s
n o m b r e a t o m iq u e ( Z )
r / 1 0 3 n m
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0
On demande Interpréter le graphique en construisant un tableau Légende (a) : symbole (b) : cation existant (c) : nombre total d’électrons (d) : nombre de couches électroniques (e) : nombre d’électrons sur la dernière couche (couche périphérique)
(a) H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca
(b) H+ - Li+ Be2+ - - - - - - Na+ Mg2+ Al 3+ - - - - - K+ Ca2+
(c)
(d)
(e)
? ? ?
Interpréter des graphiques, émettre des hypothèses.
CAF - chimie 4e - page 46
CONCLUSION
Comment varie le nombre d’électrons périphériques ?
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
CAF - chimie 4e - page 47
Structure de l’atome - Fiche n° 14 (Cette fiche est nécessairement consécutive aux fiches n°12 et 13)
IDEE Pour chacun des 20 éléments les plus légers, quelle est la répartition des électrons sur les différentes couches ?
ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne H 1e-
He 2e-
Li 3e-
Be 4e-
B 5e-
C 6e-
N 7e-
O 8e-
F 9e-
Ne 10e-
Na 11e-
Mg 12e-
Al 13e-
Si 14e-
P 15e-
S 16e-
Cl 17e-
Ar 18e-
K 19e-
Ca 20e-
On demande A. Représente la répartition des électrons sur chacune des couches des atomes des
20 premiers éléments.
Tirer une conclusion; proposer une nouvelle règle, un
nouveau modèle.
CAF - chimie 4e - page 48
B. Complète le tableau suivant en indiquant le nombre d’électrons par couche.
1e couche
K
2e couche
L
3e couche
M
4e couche
N
5e couche
O
6e couche
P
7e couche
Q
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ca
CONCLUSION
A. Comment as-tu procédé pour répartir les électrons entre les différentes couches des atomes des 20 premiers éléments ?
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
CAF - chimie 4e - page 49
CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 12 à 14) QUATRIEME SEQUENCE : LA STRUCTURE DE L 'ATOME - LES RELATIONS PROPRIETES - CONFIGURATION ELECTRONIQUE
12. Le graphique du rayon atomique en fonction du nombre atomique pour les
vingt premiers éléments montre quatre sous-ensembles.
0
5 0
1 0 0
1 5 0
2 0 0
2 5 0
H
H e
L i
B e
B
CN
OF
N e
N a
M g
A l
S iP S C l
A r
K
C a
R a y o n a t o m iq u e d e s 2 0 p r e m ie r s é lé m e n t s
n o m b r e a t o m iq u e ( Z )
r / 1 0 3 n m
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0
13. Ce graphique est qualifié de périodique car le rayon atomique augmente
puis diminue assez régulièrement.
14. Les électrons d'un atome ne sont pas répartis au hasard autour du noyau
mais bien dans des zones successives acceptant un nombre limité
d'électrons. Ces zones seront appelées COUCHES ELECTRONIQUES.
15. Nombre maximal d'électrons par couche :
� 1ère couche (K) : 2 e-
� 2ème couche (L) : 8 e-
� 3ème couche (M) : 18 e-
� 4ème couche (N) : 32 e-
� 5ème couche (O) : 32 e-
� 6ème couche (P) : 18 e-
� 7ème couche (Q) : 8 e-
16. Le nombre maximal d'électrons de la dernière couche occupée n'excède
jamais 8.
Cette dernière couche électronique occupée peut être désignée par
plusieurs noms :
� couche périphérique;
� couche de valence;
� couche externe.
Astuce pour la mémorisation
Nombre max. d'e- / couche = 2.n2
Numéro de la couche Rem. : pour des raisons qui dépassent le cadre de ce cours, on ne dépasse jamais le nombre 32.
1
2
3
4
CAF - chimie 4e - page 50
LA STRUCTURE DE L'ATOME
5. La configuration électronique des éléments des g roupes a Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°15 : Quelle(s) significations physiques peu t-on attribuer au n° du groupes a et au n°
de période auxquels appartient un élément chimique ? • Fiche n°16 : Pourquoi les éléments d’une famille on t-ils des propriétés analogues ? • Fiche n°17 : Comment peut-on représenter les élémen ts des groupes a, de manière à faire
apparaître la configuration de la couche électroniq ue périphérique responsable de la réactivité des éléments d’une famille ?
Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la mise en relation entre les données d'un tableau périodique simplifié et les n° de groupe (a) et de période des éléments. Comme les propriétés des éléments des familles (a) résultent du nombre d'électrons de la couche de valence, l'atome sera représenté par le modèle simplifié de Lewis. Bilan notionnel • Mots clés : n° de groupe , n° de période du T.P., orbitale, électron célibataire, paire, doublet
électronique, famille d'éléments. • Représentations - Modèles : schéma de Lewis.
CAF - chimie 4e - page 51
Structure de l’atome - Fiche n° 15 IDEE Quelles les significations physiques peut-on attrib uer au n° du groupes a et au n° de période auxquels appartient un élément chimiq ue ? ACTION
Capacité exercée O H E R I C On donne Un tableau périodique des éléments des groupes a avec la répartition des électrons entre les différentes couches.
Alcalins Alcalino-terreux
Terreux Carbonides Azotides Sulfurides Halogènes Gaz nobles
Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa 1e
période 1 H
2 He
2e période
2 1 Li
2 2 Be
2 3 B
2 4 C
2 5 N
2 6 O
2 7 F
2 8 Ne
3e période
2 8 Na 1
2 8 Mg 2
2 8 Al 3
2 8 Si 4
2 8 P 5
2 8 S 6
2 8 Cl 7
2 8 Ar 8
4e période
2 8 K 8 1
2 8 Ca 8 2
2 8 Ga 18 3
2 8 Ge 18 4
2 8 As 18 5
2 8 Se 18 6
2 8 Br 18 7
2 8 Kr 18 8
5e période
2 8 18 Rb 8 1
2 8 18 Sr 8 2
2 8 18 In 18 3
2 8 18 Sn 18 4
2 8 18 Sb 18 5
2 8 18 Te 18 6
2 8 18 I 18 7
2 8 18 Xe 18 8
6e période
2 8 18 Cs 18 8 1
2 8 18 Ba 18 8 2
2 8 18 Tl 32 18 3
2 8 18 Pb 32 18 4
2 8 18 Bi 32 18 5
2 8 18 Po 32 18 6
2 8 18 At 32 18 7
2 8 18 Rn 32 18 8
On demande 1. Quelle signification physique peux-tu attribuer au n° de groupe a ?
(Compare les répartitions électroniques des éléments du groupe Va, par exemple.)
Le numéro du groupe a correspond ........................................................................
2. Quelle signification physique peux-tu attribuer au n° d’une période ?
(Compare les répartitions électroniques des éléments de la deuxième période, par exemple.)
Le numéro de la période correspond ...........................................................................
Interpréter un tableau de données à double entrée.
CAF - chimie 4e - page 52
Structure de l’atome - Fiche n° 16 IDEE Pourquoi les éléments d’une famille ont-ils des pro priétés analogues ? ACTION
Capacité exercée O H E R I C On donne
I a II a VII a VIII a atome ion atome ion atome ion atome ion
K 1 H
0 H+
2 He
aucun
K L
2 1 Li
2 0 Li+
2 2 Be
2
0 Be2+ 2
7 F 2 8 F-
2 8 Ne
aucun
K L M
2 8 Na 1
2 8 Na+ 0
2 8 Mg 2
2 8 Mg2+
0
2 8 Cl 7
2 8 Cl- 8
2 8 Ar 8
aucun
K L M N
2 8 K 8 1
2 8 K+ 8 0
2 8 Ca 8 2
2 8 Ca2+ 8 0
2 8 Br 18 7
2 8 Br - 18 8
2 8 Kr 18 8
aucun
K L M N O
2 8 18 Rb 8 1
2 8 18 Rb+ 8 0
2 8 18 Sr 8 2
2 8 18 Sr2+ 8 0
2 8 18 I 18 7
2 8 18 I- 18 8
2 8 18 Xe 18 8
aucun
K L M N O P
2 8 18 Cs 18 8 1
2 8 18 Cs+ 18 8 0
2 8 18 Ba 18 8 2
2 8 18 Ba2+ 18 8 0
On demande 1) Quelle est la similitude de configuration électronique des éléments d’une même
famille ? .......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2) Quelle est la couche électronique concernée par les mouvements d’électrons lors de l’ionisation des atomes ?
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Interpréter un tableau de données.
CAF - chimie 4e - page 53
3) Complète le tableau suivant
Ia IIa VIIa VIIIa nombre d’e- de
la dernière couche
électronique
CONCLUSION La réactivité des éléments chimiques est déterminée par le nombre
d'électrons présents sur la dernière couche.
APPLICATION
Complète le tableau suivant
Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa nombre d’e- de la
dernière couche
électronique
CAF - chimie 4e - page 54
Structure de l’atome - Fiche n° 17 IDEE Comment peut-on représenter les éléments des groupe s a, de manière à faire apparaître la configuration de la couche électroniq ue périphérique responsable de la réactivité des éléments d’une famille ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne
Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa nombre d’e- de la dernière couche
électronique 1 2 3 4 5 6 7 8
Définition et Informations: • On appellera orbitale , une région de l’espace (appartenant à une couche
électronique) qui peut accueillir au maximum deux électrons. • H et He n’ont qu’une seule couche électronique, ce sont de petits atomes qui ne
possèdent qu’une orbitale. • Pour tous les autres éléments, la couche périphérique peut comporter 4 orbitales
dans lesquelles se répartissent les électrons de cette couche (8 max). • Les électrons, tous chargés négativement, se repoussent. Ils s’éloignent autant
que possible les uns des autres en occupant des régions de l’espace (orbitales) différentes.
On demande de représenter la couche périphérique des éléments des groupes a (sauf H et He) en répartissant les électrons entre les orbitales. On obtient ainsi la représentation de Lewis ou schéma de Lewis.
Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa Schéma
de LEWIS
Remarques: • Lorsqu’un électron unique occupe une orbitale, on dit qu’il est célibataire , • Lorsque deux électrons occupent la même orbitale, on parle d'une paire (d'un
doublet) d’électrons .
APPLICATIONS
1. Combien d’électrons célibataires et de paires d’électrons y a-t-il sur la couche
périphérique de l’atome d’oxygène (O) ?............................................................
Représente le schéma de Lewis de l’oxygène:
Modéliser.
CAF - chimie 4e - page 55
CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 15 à 17) CINQUIEME SEQUENCE : LA STRUCTURE DE L 'ATOME - LA CONFIGURATION ELECTRONIQUE
DES ELEMENTS DES GROUPES a
17. Dans le tableau périodique, le n° du groupe (a) auquel appartient un
élément chimique correspond au nombre d'électrons périphériques.
Dans le tableau périodique, le n° de la période auquel appartient un
élément chimique correspond au nombre de couches électroniques.
18. Au sein d'une famille (groupes) d'éléments, le nombre d'électrons
périphériques est constant. Ce sont ces électrons qui sont impliqués dans
l'ionisation des atomes. Leur nombre détermine les propriétés des
éléments.
Ex: famille (groupe) des alcalins : Na →→→→ Na+ + 1 e-
K →→→→ K+ + 1 e-
19. Définition d'une orbitale : région de l'espace (appartenant à une couche
électronique) qui peut accueillir deux électrons maximum.
• H et He n’ont qu’une seule couche électronique, ce sont de petits
atomes qui ne possèdent qu’une orbitale.
• Pour tous les autres éléments des groupes a, la couche périphérique
peut comporter 4 orbitales dans lesquelles se répartissent les électrons
de cette couche (8 max).
• Les électrons, tous chargés négativement, se repoussent. Ils s’éloignent
autant que possible les uns des autres en occupant des régions de
l’espace (orbitales) différentes.
20. On représente les éléments par le schéma de Lewis :
Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa Schéma
de LEWIS
• Lorsqu'un électron unique occupe une orbitale, il est qualifié d'électron
"célibataire".
• Lorsque deux électrons occupent la même orbitale, on parle de paire
(doublet) d'électrons.
CAF - chimie 4e - page 56
LA STRUCTURE DE L'ATOME
6. Le noyau atomique et la carte d'identité d'un él ément Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°18 : Quelle est la structure du noyau de l ’atome ? • Fiche n°19 : Peux-tu proposer une définition de la notion d’élément chimique sur base de
la structure du noyau ? • Fiche n°20 : Quelle relation y a-t-il entre le nom bre de masse A et la masse atomique
relative Ar d’un élément chimique ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la mise en évidence de l'existence du neutron par la différence entre la somme des masses des protons d'un atome et la masse de l'atome → isotopes d'un élément → définition de l'élément chimique. Bilan notionnel • Mots clés : neutron, nucléon, isotope, élément, nombre de masse, masse atomique relative
moyenne. • Représentations - Modèles : représentation du noyau, représentation des isotopes.
CAF - chimie 4e - page 57
Structure de l’atome - Fiche n° 18 IDEE Quelle est la structure du noyau de l’atome ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C
On donne
1. les informations suivantes: • Un proton est une particule du noyau. Le proton porte une charge électrique
élémentaire (+e). • Un électron est une particule du nuage électronique. L'électron porte une
charge électrique élémentaire (-e) et, par rapport au proton, sa masse est négligeable.
masse relative (*) charge électrique
proton (p +) 1 +e électron (e -) 1/1836 -e
2. On a pu déterminer expérimentalement que tous les atomes d’hydrogène (entre
autres) n’avaient pas la même masse.
masse rel. mesurée (*) 1 2 3 nombre d’e - 1 1 1
nombre de p + 1 1 1 On demande
1. de compléter le tableau suivant:
masse rel. attendue (*) ... ... ... déficit de masse ... ... ...
2. Propose une hypothèse susceptible d’expliquer le déficit de masse.
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
3. Représente le noyau des 3 variétés d’hydrogène. (*) Provisoirement, on choisit la masse du proton (p+) comme masse de référence.
Emettre une hypothèse, perfectionner le modèle de l’atome.
CAF - chimie 4e - page 58
CONCLUSION 1. En 1935, le physicien anglais Chadwick a montré l’existence d’un autre type de
particule dans le noyau de l’atome. Il s’agit du neutron dont voici les caractéristiques:
masse relative (*) charge électrique
neutron (n 0) 1 0 2. En fonction de cette information, réexamine tes hypothèses et ta représentation
de la page précédente. hypothèse: ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... Représentation des noyaux des 3 variétés d’hydrogèn e:
3. Les 3 variétés d’hydrogène évoquées ci-dessus sont des isotopes de l’élément
hydrogène .
Propose une définition de la notion d’isotopes d’un élément: Définition d’isotopes d’un élément : ..........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
(*)provisoirement, on choisit la masse du proton (p+) comme masse de référence.
CAF - chimie 4e - page 59
Structure de l’atome - Fiche n°19 IDEE Peux-tu proposer une définition de la notion d’élém ent chimique sur base de la structure du noyau ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne
un graphique du nombre de protons (p+) en fonction du nombre de neutrons (n0) pour quelques éléments légers.
7
6
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
On demande
1. de compléter le tableau suivant:
Elément Symbole de l’isotope
Z nbre p + nbre n 0 masse rel.
(par rapport au p+)
H
He
Li
Be
B
C
N
Nombre de p+
Nombre de n0
14N
14C 13C 12C
11B 10B
9Be
7Li 6Li
4He 3He
3H 2H 1H
Interpréter un graphique
CAF - chimie 4e - page 60
2. Que signifie le nombre « 14 » dans la représentation 14C ?
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Ce nombre est appelé nombre de masse, son symbole e st A. 3. Propose une définition de la notion d’élément chimique. Définition:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
CAF - chimie 4e - page 61
Structure de l’atome - Fiche n°20 IDEE Quelle relation y a-t-il entre le nombre de masse A et la masse atomique relative A r d’un élément chimique? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne
• la définition de la masse atomique relative (Ar) d’un atome X:
masse d’un atome de X Ar (X) = 1/12 masse d’un atome de 12C
• les caractéristiques des deux principaux isotopes de l’élément chlore:
Ar Abondance naturelle (%) 35Cl 34,97 75,77 37Cl 36,97 24,23
On demande
1. Pourquoi le nombre de masse A est-il différent de la masse atomique Ar pour
chacun des isotopes?
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. Le chlore naturel étant composé de 75,77% de 35Cl et de 24,23% de 37Cl, calcule
la masse atomique relative moyenne du chlore naturel.
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Etablir des relations entre des faits.
CAF - chimie 4e - page 62
Compare cette valeur calculée à la valeur figurant dans le tableau périodique.
3. Procède de même pour calculer la masse atomique relative moyenne de
l’antimoine naturel (Sb).
Ar Abondance naturelle (%) 121Sb 120,9 57,25 123Sb 122,9 42,75
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
CONCLUSION
La masse atomique relative moyenne d’un élement chi mique, telle qu’elle est
donnée dans le tableau périodique, correspond à la moyenne des masses
atomiques relatives A r des isotopes de l’élément compte tenu de leur
abondance relative.
CAF - chimie 4e - page 63
CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 18 à 20) SIXIEME SEQUENCE : LA STRUCTURE DE L 'ATOME - LA CARTE D 'IDENTITE D'UN ELEMENT
21. Sauf l'hydrogène "léger", le noyau d'un atome contient non seulement
des particules chargées positivement appelées PROTONS mais encore des
particules neutres de masse sensiblement égale à la masse du proton. Ces
particules sont des NEUTRONS.
Electron Proton Neutron
Masse
relative(*)
1/1836 1 ≈≈≈≈1
Charge -e(**) +e 0
22. Définition des isotopes : Les isotopes d'un élément sont des variétés de
ce même élément (même nombre atomique) qui se différencient par le
nombre de neutrons du noyau.
La représentation d'un isotope est la suivante AX
Exemple : 14C : le noyau de l'isotope 14 du carbone contient 6 protons +
8 neutrons (14 nucléons).
23. Définition de l'élément chimique : Un élément chimique est un ensemble
d'atomes possédant le même nombre atomique (nombre de protons)
24. Définition de la masse atomique relative d'un atome :
masse d’un atome de X
Ar (X) =
1/12 masse d’un atome de 12C
25. Définition de la masse atomique relative moyenne d'un élément :
La masse atomique relative moyenne d’un élement chimique, telle qu’elle est
donnée dans le tableau périodique, correspond à la moyenne des masses
atomiques relatives Ar des isotopes de l’élément compte tenu de leur
abondance relative.
masse moyenne d’un atome de l'élément X
Ar (X) =
1/12 masse d’un atome de 12C
(*) Provisoirement, on choisit la masse du proton comme masse de référence : mp = 1,67. 10-27 kg (**) La charge de l'électron : |e| = 1,6 . 10-19 C (coulomb)
Nombre de masse
Symbole de l'élément
CAF - chimie 4e - page 64
L'ELECTRONEGATIVITE
7. L'échelle d'électronégativité des éléments Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°21 : Caractérisons la tendance à l'ionisat ion POSITIVE ou NEGATIVE d'un atome. • Fiche n°22 : Comment varie l'électronégativité (χ) (χ) (χ) (χ) dans le tableau périodique ? • Fiche n°23 : Comment localiser, à l'aide de l'élect ronégativité, un élément métallique ou
non métallique dans le T.P. ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la sériation de la tendance à l'ionisation positive des métaux et négative des non-métaux. En considérant que ces deux tendances sont opposées, on peut caractériser numériquement la tendance à l'ionisation négative en une échelle d'électronégativité. Bilan notionnel • Mots clés : ionisation positive, ionisation négative, électronégativité, échelle d'électronégativité,
caractère métallique dominant, caractère non métallique dominant. • Représentation et symbole : électronégativité = χ
CAF - chimie 4e - page 65
L'électronégativité - Fiche n°21 IDEE Caractérisons la tendance à l'ionisation POSITIVE o u NEGATIVE d'un atome. ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne un tableau périodique simplifié
Alcalins Alcalino-terreux
Terreux Carbonides Azotides Sulfurides Halogènes Gaz nobles
Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa
Na Mg Cl
K Ca Br
I
On demande 1. Lors de la réaction des corps simple des familles Ia et de IIa avec l'eau, ils se
transforment en ions positifs. Ecris les formules des cations alcalins et alcalino-terreux des éléments repris dans le tableau.
...............................................................................................................................
2. Série les éléments alcalins et les éléments alcalino-terreux selon la tendance croissante à l'ionisation positive.
...............................................................................................................................
3. Ecris les formules des anions halogénures des éléments repris dans le tableau.
...............................................................................................................................
4. Série les éléments halogènes selon la tendance croissante à l'ionisation négative.
...............................................................................................................................
5. On peut considérer que les tendances à l'ionisation positive et l'ionisation négative sont opposées. Rassemble tes conclusions des points 2 et 4 sur l'axe suivant en sériant les éléments selon une tendance croissante à l'ionisation négative.
tendance croissante à l'ionisation négative
Interpréter un tableau
Sérier des éléments
CAF - chimie 4e - page 66
CONCLUSIONS
• Les éléments étudiés ont été sériés selon leur tend ance croissante à l'ionisation négative.
• Cette tendance peut être traduite numériquement par une grandeur appelée ELECTRONEGATIVITE.
• L'échelle conventionnelle d'électronégativité adopt ée comporte des valeurs dans le domaine ]0;4].
ELECTRONEGATIVITE D'UN ELEMENT :
grandeur qui caractérise sa tendance à capter un él ectron.
REPRESENTATION :
χ χ χ χ (∗)(∗)(∗)(∗)
ECHELLE CONVENTIONNELLE D'ELECTRONEGATIVITE:
domaine ]0;4]
_____________________________
(*) Les autres symboles E, ε , etc. ne sont plus admis (cf. Grandeurs, unités et symboles en chimie physique, plaquette éditée par ABPPC - auteur: Jacques Furnémont - août 1995)
Na:0,9
K:0,8 Ca:1,0
Mg:1,2 H:2,1 Cl:3,0
Br:2,8 I:2,5
F:4,0
O:3,5
0
CAF - chimie 4e - page 67
L'électronégativité - Fiche n°22 IDEE Comment varie l'électronégativité ( χ) χ) χ) χ) dans le tableau périodique ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne
Alcalins
Alcalino-terreux
Terreux
Carbonides
Azotides
SulfuridesHalogènes
0
1
2
3
4
χχχχ
Electronégativité des éléments des groupes a
On demande
1. Indique dans chaque colonne (famille) les sens croissant de χ. Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa (*)
2. Indique dans chaque ligne (période) le sens croissant de χ.
Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa
1
2
3
4
5
(*) Les gaz nobles, n'ayant pas de tendance à l'ionisation, ils n'ont pas de valeur d'électronégativité.
Interpréter un graphique
Construire un tableau
CAF - chimie 4e - page 68
CONCLUSION
Alcalins Alcalino-terreux
Terreux Carbonides Azotides Sulfurides Halogènes Gaz nobles
Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa 1e
période H
He
2e période
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
3e période
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
4e période
K
Ca
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
5e période
Rb
Sr
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
6e période
Cs
Ba
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
• Au sein d'une famille, l'électronégativité croît de bas en haut.
• Au sein d'une période, l'électronégativité croît de gauche à droite.
• L'élément le plus électronégatif est le fluor (F).
• L'élément le moins électronégatif est le césium (Cs ).
χχχχ croissant
CAF - chimie 4e - page 69
L'électronégativité - Fiche n°23 IDEE Comment localiser, à l'aide de l'électronégativité, un élément métallique ou non métallique dans le T.P. ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne un tableau périodique mentionnant l'électronégativité χ des éléments
Alcalins Alcalino-terreux
Terreux Carbonides Azotides Sulfurides Halogènes Gaz nobles
Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa 1e
période 2,1
H
- He
2e période
1,0 Li
1,5 Be
2,0 B
2,5 C
3,0 N
3,5 O
4,0 F
- Ne
3e période
0,9 Na
1,2 Mg
1,5 Al
1,8 Si
2,1 P
2,5 S
3,0 Cl
- Ar
4e période
0,8 K
1,0 Ca
1,6 Ga
1,8 Ge
2,0 As
2,4 Se
2,8 Br
- Kr
5e période
0,8 Rb
1,0 Sr
1,7 In
1,8 Sn
1,8 Sb
2,1 Te
2,5 I
- Xe
6e période
0,7 Cs
0,9 Ba
1,8 Tl
1,8 Pb
1,9 Bi
2,0 Po
2,2 At
- Rn
On demande
1. Situe les éléments imprimés en gras italique sur un axe orienté .
2. Dans la classification restreinte des éléments (M; H; M'; O), H était situé entre les métaux et les non-métaux. Trace un grand trait représentant la frontière entre métaux et non-métaux.
3. Où sont situés, par rapport à l'hydrogène, les éléments à caractère métallique ?
.................................................................................................................................
4. Où sont situés, par rapport à H, les éléments à caractère non métallique ? .................................................................................................................................
0 1 2 3 4
Interpréter un tableau
Classer des éléments
χχχχ
CAF - chimie 4e - page 70
CONCLUSIONS
• Chaque élément est caractérisé par une valeur de l'électronégativité ( χ)χ)χ)χ).
• L'élément dont l'électronégativité est la plus faib le (Cs) présente le caractère métallique le plus affirmé. L'élément dont l'électronégativité est la plus élevée (F) présente le caractère non métallique le plus affirmé. Entre ces deux extrêmes, un des caractères est DOMI NANT par rapport à l'autre.
Ex: Le magnésium ( χχχχ = 1,2) possède un caractère métallique dominant.
Le soufre ( χχχχ = 2,5) possède un caractère non métallique dominant.
• Considérons que l'hydrogène est la frontière entre les éléments à caractère métallique dominant et les éléments à car actère non métallique dominant. Ainsi:
M M'
χχχχ< 2< 2< 2< 2 χχχχ ≥≥≥≥ 2 Cs Na Mg I Br Cl O F
K Ca
CARACTERE METALLIQUE DOMINANT
CARACTERE NON METALLIQUE
DOMINANT
χχχχ
H
CAF - chimie 4e - page 71
CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 21 à 23) SEPTIEME SEQUENCE : L'ECHELLE D 'ELECTRONEGATIVITE DES ELEMENTS
26. La tendance des éléments à l'ionisation négative peut être traduite
numériquement par une grandeur appelée ELECTRONEGATIVITE.
• L'électronégativité d'un élément est représentée par χ χ χ χ
• Domaine de l'électronégativité : ]0;4]
27. Variation de χχχχ dans le T.P.
Alcalins Alcalino-terreux
Terreux Carbonides Azotides Sulfurides Halogènes Gaz nobles
Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa VIIIa 1e
période H
He
2e période
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
3e période
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar 4e
période K
Ca
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr 5e
période Rb
Sr
In
Sn
Sb
Te
I
Xe 6e
période Cs
Ba
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
• Au sein d'une famille l'électronégativité croît de bas en haut.
• Au sein d'une période l'électronégativité croît de gauche à droite.
• L'élément dont l'électronégativité est la plus faible (Cs) présente le
caractère métallique le plus affirmé. L'élément dont
l'électronégativité est la plus élevée (F) présente le caractère non
métallique le plus affirmé.
Entre ces deux extrêmes, un des caractères est DOMINANT par
rapport à l'autre.
Na:0,9
K:0,8 Ca:1,0
Mg:1,2 H:2,1 Cl:3,0
Br:2,8 I:2,5
F:4,0
O:3,5
0
χχχχ croissant
CAF - chimie 4e - page 72
• Considérons que l'hydrogène représente la frontière entre les éléments à
caractère métallique dominant et les éléments à caractère non métallique
dominant. Ainsi:
M M'
χχχχ< 2< 2< 2< 2 χχχχ ≥≥≥≥ 2 Cs Na Mg I Br Cl O F
K Ca
CARACTERE METALLIQUE DOMINANT
CARACTERE NON METALLIQUE
DOMINANT
χχχχ
H
CAF - chimie 4e - page 73
LA LIAISON CHIMIQUE
8. La structure des solides Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°24 : Peut-on classer les solides en substa nces à structure ordonnée ou
désordonnée? • Fiche n°25 : Quelle est la structure microscopique des solides cristallins? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur l'observation et le classement d'échantillons solides en substances à structure ordonnée ou désordonnée. Ce classement est ensuite confronté à des modèles cristallins ou moléculaires pour confirmation. Bilan notionnel • Mots clés : solide cristallin, solide amorphe, structure ionique, structure moléculaire, structure
atomique. • Représentation : modèles cristallins et moléculaires.
CAF - chimie 4e - page 74
La liaison chimique - structure des solides - Fiche n°24 IDEE Peut-on classer les solides en substances à structu re ordonnée ou désordonnée? ACTION
Capacités exercées O H E R I C A) On donne une série d'échantillons solides à examiner:
cyclooctasoufre, polycaténasoufre, neige (photo d'un cristal), chlorure de sodium, calcite, polyéthylène, graphite, diamant (photo !), fer, cuivre ... On demande de classer ces substances en structure ordonnée ou en structure désordonnée. Coche les cases qui conviennent.
Substance Structure ordonnée
Structure désordonnée
cyclooctasoufre polycaténasoufre
neige chlorure de sodium
calcite polyéthylène
graphite diamant
fer cuivre ......... ......... .........
Observer des échantillons
Proposer un classement sur base d'un critère
Valider l'hypothèse à l'aide de modèles
CAF - chimie 4e - page 75
B) On donne les modèles de ces substances
Substance Formule Modèle cyclooctasoufre S8
polycaténasoufre Sx
neige H2O
chlorure de sodium NaCl
calcite CaCO3
polyéthylène CH3-(CH2)n-CH=CH2
S8
Na+
Cl-
-CH2-
S
Ca2+
CO32-
H2O
CAF - chimie 4e - page 76
graphite C
diamant C
fer Fe
cuivre Cu
On demande Le classement obtenu en A) est-il compatible avec les modèles de structure correspondants ? Si certaines exceptions apparaissent, mentionne-les.
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
CONCLUSION
Les solides peuvent êtres classés en: • solides cristallins: structure ordonnée; • solides amorphes: structure désordonnée.
C
Fe
Cu
C
CAF - chimie 4e - page 77
La liaison chimique - structure des solides - Fiche n°25 IDEE Quelle est la structure microscopique des solides c ristallins? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne un tableau de propriétés des solides cristallins
Substance Formule Conductibilité à l'état
standard (*)
Conductibilité à l'état fondu
cyclooctasoufre S8 - - neige H2O - -
chlorure de sodium NaCl - + calcite CaCO3 - +
graphite C + ? diamant C - ?
fer Fe + + cuivre Cu + + .........
On demande de classer les substances en cochant les cases adéquates (**) .
Substance Formule Structure atomique
Structure moléculaire
Structure ionique
cyclooctasoufre S8 neige H2O
chlorure de sodium NaCl calcite CaCO3
graphite C diamant C
fer Fe cuivre Cu .........
CONCLUSION La structure microscopique des solides cristallins peut être de nature:
• atomique; • moléculaire; • ionique.
(*) Etat standard: état le plus stable à la température indiquée (généralement de 298 K) et sous une pression de 101325 Pa. (**) Les modèles de structure figurent sur la fiche n°24.
Interpréter un tableau
Classer des solides
CAF - chimie 4e - page 78
CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 24 et 25) HUITIEME SEQUENCE : LA STRUCTURE DES SOLIDES 28. Les solides peuvent êtres classés en :
• solides cristallins : structure ordonnée
exemples :
chlorure de sodium
cyclooctasoufre
• solides amorphes : structure désordonnée
exemple : polycaténasoufre
29. La structure microscopique des solides cristallins peut être de nature :
• atomique exemples : Cu, Fe, C diamant.
• moléculaire exemples : S8, H2O (s).
• ionique. exemples : NaCl, CaCO3.
Na+ Cl-
S
S8
CAF - chimie 4e - page 79
LA LIAISON CHIMIQUE
9. La cohésion Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre à la question suivante : • Fiche n°26 : Quelles sont les forces qui assurent la cohésion dans les substances à
structure moléculaire ou ionique? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur l'interprétation d'un graphique de comparaison des températures de fusion puis sur sa confrontation avec les modèles moléculaires et ioniques correspondants. Bilan notionnel • Mots clés : force de cohésion, force intermoléculaire, force coulombienne interionique. • Représentation : -
CAF - chimie 4e - page 80
La liaison chimique - cohésion - Fiche n°26 IDEE Quelles sont les forces qui assurent la cohésion da ns les substances à structures moléculaires et ioniques? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne 1. un graphique de comparaison des températures de fusion de substances
moléculaires (Cl2, Br2, I2) et de substances ioniques (NaCl, NaBr et NaI).
2.
801755
113,5
650
-101 -7,2
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900température de
fusion (°C)
Cl2 Br 2 I2
NaCl NaBr NaI
Interpréter un graphique
Confronter l'interprétation aux modèles
CAF - chimie 4e - page 81
3. Les modèles moléculaires de NaCl et de Cl2
Modèle de NaCl solide
Modèle de NaCl fondu
Modèle de Cl 2 solide
Modèle de Cl 2 liquide (ou gazeux)
On demande 1. Compare Cl2 avec NaCl et propose une interprétation susceptible de justifier la
différence des températures de fusion. ................................................................................................................................
................................................................................................................................
2. Ton interprétation se vérifie-t-elle dans les autres cas ? 3. Est-elle en accord avec les modèles proposés ? Justifie ta réponse.
................................................................................................................................
................................................................................................................................
N.B.: Plus tard, on pourra s'interroger sur l'origine de la croissance de la température de fusion dans la série des halogènes.
OUI / NON
Na+ Cl-
Na+ Cl-
CAF - chimie 4e - page 82
CONCLUSION La cohésion dans la matière est assurée par deux ty pes de forces:
1. forces interioniques (interactions fortes) : ce sont des forces de
Coulomb.
2. forces intermoléculaires (interactions faibles) : ce sont des
forces de Van der Waals.
Ces forces sont toutes deux de NATURE ELECTROSTATI QUE mais
d'intensités différentes.
Modèle de NaCl solide
Modèle de NaCl fondu
Modèle de Cl 2 solide
Modèle de Cl 2 liquide (ou gazeux)
CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiche 26)
Na+ Cl-
Na+ Cl-
CAF - chimie 4e - page 83
NEUVIEME SEQUENCE : LA LIAISON CHIMIQUE - LA COHESION 30. La cohésion dans la matière est assurée par deux types de forces selon
la structure des substances :
• forces interioniques (interactions fortes) dans les substances à
structure ionique ; ce sont des forces de Coulomb ;
• forces intermoléculaires (interactions faibles) dans les substances à
structure moléculaire ; ce sont des forces de Van der Waals.
Ces forces sont toutes deux de NATURE ELECTROSTATIQUE mais
d'intensités différentes.
CAF - chimie 4e - page 84
LA LIAISON CHIMIQUE
10. Les forces de nature électrostatique Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°27 : Quelle est la nature des forces entre atomes dans la molécule de dihydrogène
(H2) ? • Fiche n°28 : Quelle est la nature des forces entre ions dans le composé ionique NaCl ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la réalisation d'expériences d'électrostatique simulant la liaison de la molécule H2 pour représenter puis modéliser la liaison covalente. Quant à la liaison ionique, on observe un modèle de cristal ionique pour justifier sa pertinence. Bilan notionnel • Mots clés : interaction électrostatique, électrons liants, électrons non liants, liaison covalente,
liaison ionique. • Représentations : la liaison covalente et la liaison ionique.
CAF - chimie 4e - page 85
La liaison chimique - forces de nature électrostati que - Fiche n°27
IDEE Quelle est la nature des forces entre atomes dans l a molécule de dihydrogène (H 2) ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne une expérience à réaliser en classe(*) .
Mode d'utilisation : • On charge d'abord faiblement les 2 morceaux de tube en PVC par frottement avec de la soie pour
leur faire acquérir une charge négative. • On approche ensuite les deux billes en polystyrène des tubes en PVC. Elles se chargent
positivement par influence et s'écartent. • On place ensuite entre les 2 billes un bâton d'ébonite chargé négativement par frottement.
(*) Expérience proposée lors de la journée "Foire aux idées" (ULG 1995) par Roger FRANCOIS, Professeur de chimie à l'Athénée Royal de Pepinster.
Matériel
• un statif; • des pinces et des noix; • deux tubes en PVC; • deux petites billes de
polystyrène; • bâton d'ébonite ou de PVC.
Simuler
Modéliser
Légende
• les billes représentent deux noyaux d'hydrogène.
• le bâton d'ébonite (ou de PVC) chargé négativement par frottement représente des électrons.
Représenter
+ +
CAF - chimie 4e - page 86
On demande 1. de compléter le tableau d'observations
Expériences Observations
(1) les billes sont chargées positivement.
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
(2) on introduit un bâton chargé négativement entre les deux billes.
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
(3) on dispose le bâton chargé négativement à l'extérieur des billes.
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
...............................................................
2. Représente, par des flèches, les forces agissant sur les noyaux dans chaque cas. 3. Dans quelle situation l'attraction est-elle la plus forte entre les billes de frigolite ?
Précise la position des électrons (bâton chargé négativement) par rapport aux deux noyaux (billes). ..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
+ +
+ +
+ +
CAF - chimie 4e - page 87
4. On donne la structure de l'atome d'hydrogène,
Compte tenu des conclusions précédentes, construis une représentation de la molécule de H2 de manière à assurer à l'édifice un maximum de stabilité (localise les électrons par rapport aux noyaux).
CONCLUSIONS • Dans la molécule H 2, l'attraction entre les deux noyaux est
assurée par une paire d'électrons situés entre eux. Cette paire d'électrons est responsable de la liaison entre les deux noyaux.
• Représentation conventionnelle de la liaison dans H 2:
H H
Le trait représente la PAIRE D'ELECTRONS LIANTS
p+
e-
CAF - chimie 4e - page 88
APPLICATIONS Représente la (les) liaison(s) dans les molécules de corps simples
Formule Schéma de Lewis de l'élément
Représentation des molécules
Cl2
Cl
O2(*)
O
N2
N
P4 (tétraphosphore)
P
S8 (cyclooctasoufre)
S
(*) N.B.: la représentation est transitoire.
.. : .
..
.. : .
.
.. . .
.
.. . .
.
.. : .
.
CAF - chimie 4e - page 89
La liaison chimique - forces de nature électrostati que - Fiche °28
IDEE Quelle est la nature des forces entre ions dans le composé ionique NaCl ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne le modèle du cristal ionique de NaCl On demande 1. Hachure les premiers voisins(*) (ions les plus proches) de l'ion Na+ (du centre). 2. Représente à l'aide de flèches les interactions entre cet ion et tous ses premiers
voisins.
(*) On se limiite aux premiers voisins car les forces électrostatiques diminuent fortement avec la distance.
Observer un modèle
Na+ Cl-
Justifier sa pertinence
CAF - chimie 4e - page 90
CONCLUSIONS • Dans le cristal NaCl, la liaison est assurée par de s interactions
électrostatiques entre les ions et non plus par une paire d'électrons liants comme dans H 2 , Cl2 ...
• Représentation conventionnelle de la liaison dans l e cristal NaCl:
Na+ Cl- Remarque: Na +
n Cl-n
représente un édifice polyionique formé de n ions Na+ et n ions Cl - (n étant un grand nombre). La convention d'écritu re Na+ Cl- n'est qu'une simplification.
CAF - chimie 4e - page 91
CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 27 et 28) DIXIEME SEQUENCE : LA LIAISON CHIMIQUE - LES FORCES DE NATURE ELECTROSTATIQUE 31. Dans la molécule H2, l'attraction entre les deux noyaux est assurée par
une paire d'électrons situés entre eux. Cette paire d'électrons est
responsable de la liaison entre les deux noyaux.
Représentation conventionnelle de la liaison dans H2 :
H H Le trait représente la PAIRE D'ELECTRONS LIANTS
32. Dans le cristal NaCl, la liaison est assurée par des interactions
électrostatiques entre les ions et non plus par une paire d'électrons liants
comme dans H2 , Cl2 ...
Représentation conventionnelle de la liaison dans le cristal NaCl:
Na+ Cl- Remarque: Na+
n Cl-n
représente un édifice polyionique formé de n ions Na+ et n ions Cl - (n étant un grand nombre). La convention d'écriture Na+ Cl- n'est qu'une simplification.
33. La liaison chimique peut revêtir deux aspects contrastés:
• Une liaison assurée par la mise en commun d'une paire d'électrons
liants: LIAISON COVALENTE.
• Une liaison assurée par l'attraction électrostatique entre ions de
signes opposés : LIAISON IONIQUE.
CAF - chimie 4e - page 92
LA LIAISON CHIMIQUE
11. La représentation des liaisons Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°29 : Comment représentes-tu la formation d 'ions dans les composés à caractère
ionique ? • Fiche n°30 : NaCl est un substance ionique. Cl2 est une substance covalente. Qu'en est-il de
HCl ? Démarche et compétences développées On utilise d'abord le modèle de la liaison chimique pour représenter la formation de composés ioniques. Ensuite, la démarche préconisée est basée sur l'interprétation d'un tableau de données pour compléter le modèle de la liaison (liaison covalente polarisée). Bilan notionnel • Mots clés : octet, liaison polarisée, charge partielle. • Représentation : la liaison covalente polarisée.
CAF - chimie 4e - page 93
La liaison chimique - représentation des liaisons - Fiche n°29 IDEE Comment représentes-tu la formation d'ions dans les composés à caractère ionique ? ACTION
Capacité exercée EXECUTION On donne une procédure de représentation de la formation de composés à caractère ionique. FORMATION DE NaCl
1) élément Z répartition des e - Schéma de Lewis χχχχ
Na
Cl
11
17
2, 8, 1
2, 8, 7
0,9
3,0
2) ∆χ = 3,0 - 0,9 = 2,1 3) + → + + - Na + Cl → Na+ + Cl - 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:
Na + Cl → Na+ + Cl- 5) Gaz noble de même configuration électronique : ion Na+ ←→ gaz noble: Ne
ion Cl- ←→ gaz noble: Ar A) On demande d'appliquer la procédure de représentation pour la formation des
composés ioniques suivants: NaBr, NaI, KCl, KBr, KI.
Utiliser le modèle de la liaison
CAF - chimie 4e - page 94
FORMATION DE NaBr
1) élément Z répartition des e - Schéma de Lewis χχχχ
Na
Br
2) ∆χ = ............ = ..... 3) + → + Na + Br → ..... + ..... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:
Na + Br → ....................
5) Gaz noble de même configuration électronique : ion: ..... ←→ gaz noble: ..... ion: ..... ←→ gaz noble: .....
FORMATION DE NaI
1) élément Z répartition des e - Schéma de Lewis χχχχ
Na I
2) ∆χ = ............ = ..... 3) + → + Na + I → ..... + ..... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:
Na + I → .................... 5) Gaz noble de même configuration électronique : ion: ..... ←→ gaz noble: .....
ion: ..... ←→ gaz noble: .....
CAF - chimie 4e - page 95
FORMATION DE KCl
1) élément Z répartition des e - Schéma de Lewis χχχχ
K
Cl
2) ∆χ = ............ = ..... 3) + → + K + Cl → ..... + ..... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:
K + Cl → ....................
5) Gaz noble de même configuration électronique : ion: ..... ←→ gaz noble: ..... ion: ..... ←→ gaz noble: .....
FORMATION DE KBr
1) élément Z répartition des e - Schéma de Lewis χχχχ
K
Br
2) ∆χ = ............ = ..... 3) + → + K + Br → ..... + ..... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:
K + Br → ....................
5) Gaz noble de même configuration électronique : ion: ..... ←→ gaz noble: ..... ion: ..... ←→ gaz noble: .....
CAF - chimie 4e - page 96
FORMATION DE KI
1) élément Z répartition des e - Schéma de Lewis χχχχ
K I
2) ∆χ = ............ = ..... 3) + → + K + I → ...... + ...... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:
K + I → ....................
5) Gaz noble de même configuration électronique : ion: ..... ←→ gaz noble: ..... ion: ..... ←→ gaz noble: .....
B) On demande d'étendre la procédure de représentation pour la formation des
composés ioniques comportant un cation ALCALINO-TERREUX : CaCl2 , CaBr2 , CaI2 , MgCl2 , MgBr2 et MgI2 .
CAF - chimie 4e - page 97
FORMATION DE CaCl 2
1) élément Z répartition des e - Schéma de Lewis χχχχ
Ca
Cl
2) ∆χ = ............ = ..... 3) + ... → + ... Ca + ... Cl → ...... + ...... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:
Ca + ... Cl → ....................
5) Gaz noble de même configuration électronique : ion: ..... ←→ gaz noble: ..... ion: ..... ←→ gaz noble: .....
FORMATION DE CaBr 2
1) élément Z répartition des e - Schéma de Lewis χχχχ
Ca
Br
2) ∆χ = ............ = ..... 3) + ... → + ... Ca + ... Br → ...... + ...... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:
Ca + ... Br → ....................
5) Gaz noble de même configuration électronique : ion: ..... ←→ gaz noble: ..... ion: ..... ←→ gaz noble: .....
CAF - chimie 4e - page 98
FORMATION DE CaI2
1) élément Z répartition des e - Schéma de Lewis χχχχ
Ca I
2) ∆χ = ............ = ..... 3) + ... → + ... Ca + ... I → ...... + ...... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:
Ca + ... I → ....................
5) Gaz noble de même configuration électronique : ion: ..... ←→ gaz noble: ..... ion: ..... ←→ gaz noble: .....
FORMATION DE MgCl 2
1) élément Z répartition des e - Schéma de Lewis χχχχ
Mg
Cl
2) ∆χ = ............ = ..... 3) + ... → + ... Mg + ... Cl → ...... + ...... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:
Mg + ... Cl → ....................
5) Gaz noble de même configuration électronique : ion: ..... ←→ gaz noble: ..... ion: ..... ←→ gaz noble: .....
CAF - chimie 4e - page 99
FORMATION DE MgBr 2
1) élément Z répartition des e - Schéma de Lewis χχχχ
Mg
Br
2) ∆χ = ............ = ..... 3) + ... → + ... Mg + ... Br → ...... + ...... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:
Mg + ... Br → ....................
5) Gaz noble de même configuration électronique : ion: ..... ←→ gaz noble: ..... ion: ..... ←→ gaz noble: .....
FORMATION DE MgI 2
1) élément Z répartition des e - Schéma de Lewis χχχχ
Mg I
2) ∆χ = ............ = ..... 3) + ... → + ... Mg + ... I → ...... + ...... 4) D'un point de vue électronique, ceci correspond à l'équation:
Mg + ... I → ....................
5) Gaz noble de même configuration électronique : ion: ..... ←→ gaz noble: ..... ion: ..... ←→ gaz noble: .....
CAF - chimie 4e - page 100
CONCLUSIONS • Dans les exemples envisagés, la liaison ionique s'é tablit entre un
métal (M) et un non-métal (M') par transfert d'élec tron(s) des
atomes du métal vers les atomes du non-métal.
• Les ions qui interviennent dans la liaison ionique ont une
configuration électronique semblable à celle du gaz noble dont le
nombre atomique (Z) est le plus proche.
Remarque: La dernière couche électronique d'un gaz noble ne comporte que
des doublets électroniques:
∗ He: un doublet. ∗ Ne, Ar, Kr, Xe, Rn: quatre doublets (ou un octet).
CAF - chimie 4e - page 101
La liaison chimique - représentation des liaisons - Fiche n°30 IDEE NaCl est une substance ionique. Cl 2 est une substance covalente. Qu'en est-il de HCl ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne
NaCl HCl Cl 2
état physique solide gaz gaz
∆χ 2,1 0,9 0
conductibilité à l'état
fondu
OUI
NON
NON
conductibilité en
solution aqueuse
OUI
OUI
NON
On demande 1) Peux-tu, à l'aide de ces données, préciser la nature de la liaison de HCl ? Justifie. ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 2) Représente la liaison dans NaCl et la liaison dans Cl2
. Propose une représentation de la liaison de HCl. NaCl Cl2
HCl
Interpréter un tableau
Faire évoluer un modèle
CAF - chimie 4e - page 102
CONCLUSIONS • La liaison de HCl est intermédiaire entre celle de Cl2 (covalente
pure) et celle de NaCl (ionique). • HCl est une substance à structure moléculaire, la l iaison entre H
et Cl est covalente. Cependant certaines propriétés de HCl, comme la conductiblité de ses solutions aqueuses, r appellent la liaison ionique.
• Il s'agit donc d'une liaison covalente polarisée ( un pôle + et un pôle -).
• Représentation:
Hδ+δ+δ+δ+ Clδ−δ−δ−δ−
δδδδ = fraction de charge électrique.
Le doublet d'électrons est partagé par les deux ato mes H et Cl mais reste plus proche du Cl plus électronégatif.
H: Z = 1 χ χ χ χ = 2,1 Cl: Z = 17 χχχχ = 3,0 ∆χ∆χ∆χ∆χ = 0,9
H Cl →→→→ H Cl
δ+ δ−δ+ δ−δ+ δ−δ+ δ−
CAF - chimie 4e - page 103
CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 29 et 30) ONZIEME SEQUENCE : LA LIAISON CHIMIQUE - LA REPRESENTATION DES LIAISONS 34. Dans les exemples envisagés, la liaison ionique s'établit entre un métal
(M) et un non-métal (M') par transfert d'électron(s) des atomes du
métal vers les atomes du non-métal.
Les ions qui interviennent dans la liaison ionique ont une configuration
électronique semblable à celle du gaz noble dont le nombre atomique (Z)
est le plus proche.
Remarque: La dernière couche électronique d'un gaz noble ne comporte
que des doublets électroniques: ∗ He: un doublet. ∗ Ne, Ar, Kr, Xe, Rn: quatre doublets (ou un octet).
35. La liaison de HCl est intermédiaire entre celle de Cl2 (covalente pure) et
celle de NaCl (ionique).
HCl est une substance à structure moléculaire, la liaison entre H et Cl
est covalente. Cependant certaines propriétés de HCl, comme la
conductiblité de ses solutions aqueuses, rappellent la liaison ionique.
Il s'agit donc d'une liaison covalente polarisée ( un pôle + et un pôle -).
Représentation: Hδ+δ+δ+δ+ Clδ−δ−δ−δ−
δδδδ = fraction de charge électrique.
Le doublet d'électrons est partagé par les deux atomes de H et de Cl
mais reste plus proche du Cl plus électronégatif.
H: Z = 1 χ χ χ χ = 2,1 Cl: Z = 17 χχχχ = 3,0 ∆χ∆χ∆χ∆χ = 0,9
H Cl →→→→ H Cl
δ+ δ−δ+ δ−δ+ δ−δ+ δ−
CAF - chimie 4e - page 104
LA LIAISON CHIMIQUE
12. La détermination du type de liaison Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°31 : Existe-t-il une relation entre ∆χ∆χ∆χ∆χ et la charge partielle δ+ δ+ δ+ δ+ ou δ− ? δ− ? δ− ? δ− ? • Fiche n°32 : La formule générale peut-elle servir à classer des substances en substances à
caractère ionique ou substances à caractère molécul aire ? • Fiche n°33 : Quels types de liaison chimique rencon tre-t-on dans les composés binaires
hydrogénés ? • Fiche n°34 : Justifie la géométrie spatiale des mol écules des composés binaires
hydrogénés. • Fiche n°35 : Quels types de liaison rencontre-t-on dans les composés binaires oxygénés? • Fiche n°36 : Quelles sont les formules de structure de l'hémitrioxyde et de l'hémipentoxyde
d'azote ? • Fiche n°37 : Quels types de liaison rencontre-t-on dans les composés hydroxylés XOH tels
que MOH et M'OH (HM'O)? • Fiche n°38 : Quelle est la formule de structure d'u n sel ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la recherche d’un critère pour caractériser les substances ioniques ou moléculaires. On détermine ensuite le type de liaison dans les composés binaires hydrogénés, les composés binaires oxygénés et dans les composés binaires hydroxylés. Par ailleurs, on précise la géométrie moléculaire des composés moléculaires binaires hydrogénés. Enfin, on met en relation la formule de structure d’un acide et des sels dérivés. Bilan notionnel • Mots clés : répulsion des paires électroniques, géométrie (forme) moléculaire linéaire -triangulaire
- tétraédrique - pyramidale - angulaire (coudée), atome central, groupe hydroxyle, ion hydroxyde.
• Représentation : modèles de géométrie moléculaire.
CAF - chimie 4e - page 105
La liaison chimique - détermination du type de liai son - Fiche n°31 IDEE Existe-t-il une relation entre ∆χ∆χ∆χ∆χ et la charge partielle δ+ δ+ δ+ δ+ ou δ− ? δ− ? δ− ? δ− ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne les graphiques suivants:
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
F2
Br2 Cl2 I2 S8 HI
H2S
HB
r
HC
l
NH
3
SO
2
NaH KH
P4O
10
H2O
BeC
l2
AlC
l3
NaI
MgC
l2 HF
NaB
r
CaC
l2
NaC
l
Na2
O
K2O NaF
∆χ∆χ∆χ∆χ
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
F2
Br2 Cl2 I2 S8 HI
H2S
HB
r
HC
l
NH
3
SO
2
NaH KH
P4O
10
H2O
BeC
l2
AlC
l3
NaI
MgC
l2 HF
NaB
r
CaC
l2
NaC
l
Na2
O
K2O NaF
δ δ δ δ (charge partielle par liaison)
On demande 1) Compare l'allure des deux graphiques. La différence d'électronégativité est-elle en
relation avec la charge partielle ? .......................................................................................................................................
Interpréter des graphiques
Etablir une relation entre deux grandeurs physiques
CAF - chimie 4e - page 106
2) A l'aide du tableau suivant, réalise le graphique de δ (charge partielle) en fonction de ∆χ (différence d'électronégativité).
∆χ ∆χ ∆χ ∆χ (différence d'électronégativité)
δ δ δ δ (charge partielle)
0
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,7 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4
0
0,01 0,04 0,09 0,15 0,22 0,30 0,39 0,47 0,50 0,55 0,63 0,70 0,76 0,82 0,86 0,89 0,92 0,94
∆χ∆χ∆χ∆χ
δδδδ
CAF - chimie 4e - page 107
CONCLUSIONS • La différence d'électronégativité ( ∆χ∆χ∆χ∆χ) est une caractéristique
d'une liaison chimique. Elle est en relation avec l a charge électrique partielle ( δ)δ)δ)δ) présente sur chaque atome.
• Comme le montre le graphique de la page précédente, la relation
entre δδδδ et ∆χ∆χ∆χ∆χ n'est pas une relation linéaire.
CAF - chimie 4e - page 108
La liaison chimique - détermination du type de liai son - Fiche n°32 IDEE La formule générale peut-elle servir à classer des substances en substances à caractère ionique ou substances à cara ctère moléculaire ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne une liste de substances:
F2,, Cl2, Br2, I2, HF, HCl, HBr, HI, H2S, NH3, H2O, NaH, KH, SO2, P4O10, Na2O,
K2O, CaCl2, BeCl2, AlCl3, MgCl2, NaBr, NaCl, NaF.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
F2 Br2
Cl2 I2 S8 HI
H2S
HB
r
HC
l
NH
3
SO
2
NaH KH
P4O
10
H2O
BeC
l2
AlC
l3
NaI
MgC
l2
HF
NaB
r
CaC
l2
NaC
l
Na2
O
K2O
NaF
δ (charge partielle par liaison)
Interpréter un graphique
Rechercher un critère de classement
Légende
: substance covalente
: substance ionique
CAF - chimie 4e - page 109
On demande 1) Complète le tableau ci-dessous: Rappels
• M = symbole général d'un métal • H = symbole de l'hydrogène • M'= symbole général d'un non-métal • O = symbole de l'oxygène
Substance moléculaire Substance ionique Formule Formule générale Formule Formule générale
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
................................
2) A quelle(s) condition(s), la formule générale permet-elle de classer les substances à structure moléculaire ou à structure ionique ?
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
CAF - chimie 4e - page 110
CONCLUSION
Si l'on fait abstraction des intrus (*) identifiés dans le tableau (BeCl 2
et AlCl 3), on constate que la formule générale peut servir à classer les corps en substances à structure molécul aire ou à structure ionique.
Substances à structure moléculaire:
Formules générales excluant M ex: HM' (ou M'H), M'O, HM'O.
Substances à structure ionique: Formules générales incluant M ex: MH, MO, MOH, MM', MHM'
MHM', MM'O, MHM'O. (**) (*) Les métaux ont un comportement moins marqué lorsqu'ils occupent une case du tableau située en haut d'une colonne ou à la droite d'une période. C'est le cas des éléments de la deuxième période et d'éléments "semi-métalliques" situés à la frontière entre les métaux et les non-métaux (Al, Ge, Sb). (**) Quelques exemples : SOCl2, POCl3, COCl2 (chlorures d'acides minéraux)
FORMULE GENERALE: MH, MO, HM', MM', M'O, M' 1 M'2,
MHM', HM'O, MM'O, M' 1 M'2O, MHM'O
Y a-t-il présence d'un métal
?
OUI NON
Substance à structure ionique
MH MO
MM'(O) MHM'(O)
Substance à structure
moléculaire HM'(O)
M'O M'1 M'2 (O)
CAF - chimie 4e - page 111
La liaison chimique - détermination du type de liai son - Fiche n°33 IDEE Quels types de liaison chimique rencontre-t-on dans les composés binaires hydrogénés ? ACTION
Capacités exercées EXECUTION I. Cas des composés à structure ionique On donne des formules de composés binaires hydrogénés à structure ionique: NaH, KH, CaH2. On demande de compléter le tableau suivant:
caractéristiques des éléments
caractéristiques des liaisons
Formule Formule générale
Structure Z Schéma de Lewis
χ ∆χ Représentation Type de liaison
NaH
MH
ionique
Na:..
H:....
0,9
2,1
1,2
Na+ H-
ionique
KH
.............
K:.....
H:....
........
........
..........
..........
CaH2
.............
Ca:..
H:....
........
........
..........
..........
• Quel(s) est (sont) le(s) type(s) de liaison intervenant dans les composés binaires
hydrogénés à structure ionique ? ................................................................................................................................. • Série ces composés selon le caractère ionique croissant de la liaison.
.................................................................................................................................
Utiliser le modèle de la liaison
CAF - chimie 4e - page 112
II. Cas des composés à structure moléculaire On donne des formules de composés binaires hydrogénés à structure moléculaire: H2O, NH3, CH4, HCl. On demande de compléter le tableau suivant:
caractéristiques des éléments
caractéristiques des liaisons
Formule Formule générale
Structure Z Schéma de Lewis
χ ∆χ Représentation dans le plan
(*)
Type de liaison
H2O
-
moléculaire
H:1
O:8
2,1
3,5
1,4
Hδ+− Ο2δ−−Hδ+
covalente
polarisée
NH3
.............
N:....
H:....
........
........
..........
..........
PH3
.............
P:....
H:....
........
........
..........
..........
CH4
.............
C:....
H:....
........
........
..........
..........
HCl
.............
H:....
Cl:....
........
........
..........
..........
• Quel(s) est (sont) le(s) type(s) de liaison intervenant dans les composés binaires
hydrogénés à structure moléculaire: ................................................................................................................................. • Quel est le critère qui permet de les distinguer ? ................................................................................................................................
(*) La représentation donnée ne correspond pas nécessairement à la géométrie réelle de la molécule
CAF - chimie 4e - page 113
CONCLUSION
Type de substance
Type de la liaison X-H
Charges Exemples Formule générale
covalente pure
aucune PH 3, TeH2 M'H
Structure moléculaire
covalente polarisée
partielles
HF, HCl, H2O, H2S, NH3, CH4,
SiH4
(BH3)x , (AlH 3)x
HM' ou M'H soit
Hδ+δ+δ+δ+M'δ−δ−δ−δ−ou M' δ−δ−δ−δ− Hδ+δ+δ+δ+
MH soit M δ+δ+δ+δ+Hδ−δ−δ−δ−
Structure ionique
ionique entières NaH, KH, CaH2, MgH2
MH soit M +H-
CAF - chimie 4e - page 114
La liaison chimique - détermination du type de liai son - Fiche n°34 IDEE Justifie la géométrie spatiale des molécules des co mposés binaires hydrogénés ACTION
Capacités exercées O H E R I C 1. On donne des modèles moléculaires du méthane (CH4).
modèle tétraédrique compact modèle tétraédrique éclaté
On demande de justifier la géométrie spatiale de cette molécule.
Rappel: les interactions électrostatiques entre charges électriques.
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
2. On donne les modèles moléculaires de l'hydrure d'aluminium et de l'ammoniac.
On demande de justifier la différence des géométries spatiales alors que les formules brutes sont identiques (XH3).
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Utiliser des modèles
Tirer des règles
AlH3
forme triangulaire NH3
forme pyramidale
CAF - chimie 4e - page 115
CONCLUSION La géométrie spatiale des molécules binaires hydrog énées est justifiée par la répulsion entre paires électroniqu es. APPLICATION Dessine les molécules de H2O et de HCl en représentant toutes les paires électroniques liantes et non liantes.
H2O HCl
CONCLUSION GENERALE
Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa
Schéma de Lewis
Formule brute
XH XH2 XH3 XH4 XH3 H2X HX
Nbre de paires d'e-
1 2 3 4 4 4 4
Géométrie spatiale
Géométrie moléculaire
linéaire linéaire triangulaire tétraédrique pyramidale angulaire (coudée)
linéaire
légende: : atome de l'élément central : atome d'hydrogène
X X X X X X X
X
CAF - chimie 4e - page 116
La liaison chimique - détermination du type de liai son - Fiche n°35 IDEE Quels types de liaison rencontre-t-on dans les comp osés binaires oxygénés (*) ? ACTION
Capacités exercées EXECUTION 1. On donne une liste d'oxydes: Na2O, MgO, Al2O3, CO2, P2O3, Cl2O, H2O. On demande de compléter le tableau suivant:
caractéristiques des éléments
caractéristiques des liaisons
Formule Formule générale
Structure Z Schéma de Lewis
χ ∆χ Représentation dans le plan
(**)
Type de liaison
Na2O
MO
ionique
Na:11
O:8
0,9
3,5
2,6
Na+ O2- Na+
ionique
MgO
.............
Mg:...
O:...
........
........
..........
..........
Al2O3
.............
Al:....
O:...
........
........
..........
..........
CO2
.............
C:...
O:...
........
........
..........
..........
(*) Des structures où subsistent un ou des électrons célibataires sont appelées des RADICAUX. Ceux-ci sont généralement instables. (**)La représentation donnée ne correspond pas nécessairement à la géométrie réelle de la molécule.
Utiliser le modèle de la liaison
CAF - chimie 4e - page 117
caractéristiques des
éléments caractéristiques des liaisons
Formule Formule générale
Structure Z Schéma de Lewis
χ ∆χ Représentation dans le plan
(*)
Type de liaison
N2O3
............
N:...
O:...
........
........
..........
..........
P2O3
.............
P:...
O:...
........
........
..........
..........
Cl2O
.............
Cl:...
O:...
........
........
..........
..........
K2O
.............
K:...
O:...
........
........
..........
..........
H2O
.............
H:...
O:...
........
........
..........
..........
(*) La représentation donnée ne correspond pas nécessairement à la géométrie réelle de la molécule.
CAF - chimie 4e - page 118
CONCLUSION 1
Type de substance
Type de la liaison X-O
Exemples de formule
Formule générale
Structure
covalente
pure Y-Y
-
-
moléculaire
covalente polarisée Xδ+δ+δ+δ+- Yδ−δ−δ−δ−
Cl2O, H2O, N2O3,
P2O3, CO2 M'O et H2O
Structure ionique
ionique X+ Y-
Na2O, K2O, MgO, Al 2O3
MO
CAF - chimie 4e - page 119
2. On donne les oxydes stables du soufre: SO2 et SO3. On demande 1) Compléter le tableau suivant:
caractéristiques des éléments
caractéristiques des liaisons
Formule Formule générale
Structure Z Schéma de Lewis
χ ∆χ Représentation dans le plan
(*)
Type de liaison
SO2
............
S:...
O:...
........
........
..........
..........
SO3
.............
Sl:...
O:...
........
........
..........
..........
Vérifie que les représentations proposées ne compor tent plus d'électron célibataire. 2) Donne la répartition des électrons sur les différentes couches d'un atome de
l'élément soufre: ....................................................................................................................................... 3) Quelle est la couche électronique impliquée dans la formation des liaisons dans
SO2 et SO3 ? ....................................................................................................................................... 4) Combien d'électrons occupent la dernière couche de S dans SO2 ?....................... dans SO3 ? ...................... 5) En ce qui concerne le soufre, ces nombres dépassent-ils le maximum autorisé sur
la couche concernée ? Justifie. ....................................................................................................................................... 6) Cette répartition électronique correspond-elle à celle d'un gaz noble ?
(*) La représentation donnée ne correspond pas nécessairement à la géométrie réelle de la molécule.
OUI / NON
OCTET
!
CAF - chimie 4e - page 120
CONCLUSION 2 • Liaisons de SO 2 et SO3
caractéristiques des éléments
caractéristiques des liaisons
Formule Formule générale
Structure Z Schéma de Lewis
χχχχ ∆χ∆χ∆χ∆χ Représentation dans le plan
(*)
Type de liaison
SO2
M'O
moléculaire
S:16
O:8
2,5
3,5
1,0
O=S=O
covalente
polarisée
SO3
M'O
moléculaire
S:16
O:8
2,5
3,5
1,0
O
O=S=O
covalente
polarisée
• Contrairement aux liaisons ioniques, les liaisons c ovalentes
peuvent impliquer tous les électrons de valence de l'atome central (**) .
Dans les molécules SO 2 et SO3, la dernière couche électronique du soufre comporte plus de 8 e -. Dans ce cas, la règle de l'octet ne s'applique plus.
(*) La représentation donnée ne correspond pas nécessairement à la géométrie réelle de la molécule. (**)Atome le moins représenté dans la molécule.
2δ− 4δ+ 2δ−
2δ− 6δ+ 2δ−
2δ−
CAF - chimie 4e - page 121
APPLICATION Etablis les formules de structure des oxydes du chlore.
Nom Formule brute
Représentation dans le plan Formule de structure
hémioxyde de
chlore
Cl2O
hémitrioxyde de
chlore (*)
Cl2O3
hémipentoxyde de
chlore (*)
Cl2O5
hémiheptoxyde de
chlore
Cl2O7
(*) ces oxydes ne sont pas connus même si les oxoacides correspondants existent.
CAF - chimie 4e - page 122
La liaison chimique - détermination du type de liai son - Fiche n°36 IDEE Quelles sont les formules de structure de l'hémitri oxyde et de l'hémipentoxyde d'azote ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C
On donne les formules brutes N2O3 et N2O5
et le nombre maximum d'électrons sur les deux premières couches:
K = 2e- et L = 8e-. On demande de rechercher des formules de structure possibles.
Vérifie que le nombre d'électrons liants et non lia nts (*) est bien inférieur ou égal au nombre maximum autorisé d'électrons.
Nom Formule brute
Représentation dans le plan Formule de structure
hémitrioxyde d'azote
N2O3
hémipentoxyde d' azote
N2O5
CONCLUSION Tous les électrons de valence d'un atome d'un éléme nt peuvent être impliqués dans des liaisons chimiques à condit ion que le maximum autorisé sur la couche périphérique ne soit pas dépassé. Ainsi, H autorise au maximum 2e - sur la couche K . C,O, N, F autorisent au maximum 8e - sur la couche L.
(*) Les électrons liants sont impliqués dans des liaisons. Les électrons non liants sont ceux des paires libres.
Faire évoluer le modèle de la liaison
CAF - chimie 4e - page 123
La liaison chimique - détermination du type de liai son - Fiche n°37 IDEE Quels types de liaison rencontre-t-on dans les comp osés hydroxylés XOH tels que MOH et M'OH (HM'O) ? ACTION
Capacité exercée EXECUTION
On donne une liste de composés hydroxylés:
HNO2, HNO3, H2CO3, H2SO3, H2SO4, NaOH, KOH, Ca(OH)2.
Dans les composés hydroxylés XOH que nous étudions, l'atome d'hydrogène est toujours fixé sur un atome d'oxygèn e.
On demande
1) de compléter le tableau suivant en imitant l'exemple proposé.
caractéristiques des éléments
caractéristiques des liaisons
Formule Formule générale
Structure Z Schéma de Lewis
χ ∆χ Représentation dans le plan
Type de la liaison X-O
HNO2
ou
NO(OH)
HM'O
moléculaire
N:7
O:8
H:1
3,0
3,5
2,1
0,5
1,4
H-O-N=O
covalente
polarisée
HNO3
ou
NO2(OH
)
............
.............
N:...
O:...
H:...
.....
.....
.....
.....
.....
..........
Utiliser le modèle de la liaison
CAF - chimie 4e - page 124
caractéristiques des
éléments caractéristiques des liaisons
Formule Formule générale
Structure Z Schéma de Lewis
χ ∆χ Représentation dans le plan
Type de la liaison X-O
H2CO3
ou
CO(OH)2
............
.............
C:...
O:...
H:...
.....
.....
.....
.....
.....
..........
H2SO3
ou
SO(OH)2
............
.............
S:...
O:...
H:...
.....
.....
.....
.....
.....
..........
H2SO4
ou
SO2(OH)2
............
.............
S:...
O:...
H:...
.....
.....
.....
.....
.....
..........
CAF - chimie 4e - page 125
caractéristiques des
éléments caractéristiques des liaisons
Formule Formule générale
Structure Z Schéma de Lewis
χ ∆χ Représentation dans le plan
Type de la liaison X-O
NaOH
............
.............
Na:..
O:...
H:...
.....
.....
.....
.....
.....
..........
KOH
............
.............
K:...
O:...
H:...
.....
.....
.....
.....
.....
..........
Ca(OH)2
............
.............
Ca:..
O:...
H:...
.....
.....
.....
.....
.....
..........
2) Explicite la procédure suivie pour obtenir chaque représentation : .......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
CONCLUSION
CAF - chimie 4e - page 126
Type de substance
Type de la liaison X- O
Exemples de formules
Formule générale
Structure
covalente
pure Y-Y
-
-
moléculaire
covalente polarisée Xδ+δ+δ+δ+- Yδ−δ−δ−δ−
HNO2, HNO3,
H2CO3, H2SO3,
H2SO4
HM'O
Structure ionique
ionique
X+ Y-
NaOH, KOH,
Ca(OH)2 MOH
Nombre total d'électrons liants et d'électrons non liants de l'atome central M' d'une molécule M'O et HM'O.
Atome M' isolé Atome M' lié
Dernière couche
Nombre max. d'e-
Nombre total d'e- liants et d'e- non liants
Groupe IV a Groupe Va Groupe VIa Groupe VIIa
Période 1 K 2
Période 2 L 8 C
8
N
8
O
8
F
8
Période 3 M 18 Si
8
P
8
10
S
8
10
12
Cl
8
10
12
14
LES ATOMES DES ELEMENTS AYANT AU MOINS 3 COUCHES ELECTRONIQUES ET AU MOINS UNE PAIRE D'ELECTRONS NON LIANTS PEUVENT DEPASSER L'OCTET SUR LA COUCHE PERIPHERIQUE LORS DE LA FORMATION DE LIAISONS COVALENTES.
CAF - chimie 4e - page 127
La liaison chimique - détermination du type de liai son - Fiche n°38 IDEE Quelle est la formule de structure d'un sel ? ACTION
Capacité exercée EXECUTION
On donne une liste de sels: NaCl, Na2S, NaHS, NaNO3, Na2SO4, NaHSO4.
On demande
1) de compléter le tableau suivant:
Formule brute du sel Formule de structure de l'acide correspondant
Formule de structure du sel
NaCl H Cl
Na2S
S
H H
NaHS
S
H H
NaNO3
O
H-O-N=O
Na2SO4
NaHSO4
2) Dans quel(s) type(s) de liaison chimique le sodium est-il impliqué?
......................................................................................................................................
Utiliser le modèle de la liaison
H-O O
S H-O O
H-O O
S H-O O
CAF - chimie 4e - page 128
3) Représente les formules de structure des sels suivants:
Formule brute du sel Formule de structure de l'acide correspondant
Formule de structure du sel
KBr
NaNO2
K2CO3
KHS
NaH2PO4
CaSO4
CaCl2
4) Explicite la procédure suivie pour obtenir chaque représentation.
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
CAF - chimie 4e - page 129
CONCLUSION
Type de substance
Type de la liaison M-O ou M-M'
Exemples de formules
Formule générale
Structure
covalente
pure Y-Y
-
-
moléculaire
covalente polarisée Xδ+δ+δ+δ+- Yδ−δ−δ−δ−
-
-
Structure ionique
ionique X+ Y-
NaCl, KBr, CaCl 2,
Na2S,
NaHS, KHS,
NaNO2, NaNO3,
K2CO3, Na2SO4,
CaSO4,
NaHSO4, NaH2PO4
MM'
MHM'
MM'O
MHM'O
CAF - chimie 4e - page 130
PRINCIPAUX IONS DES SUBSTANCES A STRUCTURE IONIQUE
Charge
électrique 3- 2- 1- 1+ 2+ 3+
Ions des éléments des
groupes a
N3- nitrure
P3- phosphure
S2-
sulfure
O2-
oxyde
F-
fluorure
Cl-
chlorure Br-
bromure I-
iodure
Na+
K+
Ca2+
Mg2+
Pb2+ (*)
Ions polyatomiques
formés d'éléments des
groupes a
PO43-
phosphate
CO32-
carbonate
SO3
2- sulfite
SO4
2- sulfate
HPO4
2-
hydrogéno-phosphate
OH- hydroxyde
NO3-
nitrate HCO3
- hydrogéno-carbonate
HSO3-
hydrogéno-sulfite
HSO4-
hydrogéno-sulfate
H2PO4-
dihydrogéno-phosphate
NH4+
ammonium
Ions des éléments des
groupes b
Ag+ Cu+
Cu2+ Co2+
Fe2+ Mn2+ Ni2+ Zn2+
Co3+ Cr3+ Fe3+
Ions
polyatomiques formés
d'éléments des groupes a et b
CrO42-
chromate Cr2O7
2- dichromate
MnO4
- permanganate
(*) Pb, élément du groupe IVa, manifeste son caractère métallique en cédant 2 des 4 électrons représentés dans le schéma de Lewis.
CAF - chimie 4e - page 131
CLASSIFICATION DES CORPS COMPOSES
Substances ioniques Substances moléculaires
MH Hydrures métalliques
ex: NaH, CaH2.
MO Oxydes métalliques
ex: Na2O, CaO.
MOH Hydroxydes
ex: NaOH, Ca(OH)2.
MM'(O) et MHM'(O) sels
HM' M'H Hydracides ... ex: HCl, H2S ex: NH3, CH4.
M'O
Oxydes non métalliques ex: CO2, SO2, SO3,
N2O3, N2O5, P2O3, P2O5.
HM'O Oxacides
ex: H2CO3, H2SO3, H2SO4, HNO2, HNO3, H3PO3, H3PO4.
exemples
C P N S Cl
MM'
Na3P
Ca3P2
Na3N
Ca3N2
Na2S
CaS
NaCl
CaCl2
MHM' NaHS
MM'O
Na2CO3
CaCO3
Na3PO4
Ca3(PO4)2
NaNO3
Ca(NO3)2
Na2SO3
CaSO3
Na2SO4
CaSO4
NaClO
Ca(ClO)2
MHM'O
NaHCO3
Ca(HCO3)2
NaH2PO4
Na2HPO4
NaHSO3
NaHSO4
CAF - chimie 4e - page 132
CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 31 à 38) DOUZIEME SEQUENCE : LA LIAISON CHIMIQUE - LA DETERMINATION DU TYPE DE LIAISON 36. La différence d'électronégativité (∆χ∆χ∆χ∆χ) est une caractéristique du type de
liaison chimique. Elle est en relation avec la charge électrique partielle (δδδδ) présente sur chaque atome.
37. Pour déterminer le caractère ionique ou moléculaire d’une substance,
appliquons l’algorithme suivant :
FORMULE GENERALE: MH, MO, HM', MM', M'O, M' 1 M'2,
MHM', HM'O, MM'O, M' 1 M'2O, MHM'O
Y a-t-il présence d'un métal
?
OUI NON
Substance à structure ionique
MH MO
MM'(O) MHM'(O)
Substance à structure
moléculaire HM'(O)
M'O M'1 M'2 (O)
CAF - chimie 4e - page 133
38. Les tableaux suivants résument le type de liaison chimique dans :
• les composés hydrogénés :
Type de substance Type de la liaison X-H
Exemples Formule générale
covalente pure
X – Y
PH3, TeH2 M'H
Structure
moléculaire covalente
polarisée
Xδ+δ+δ+δ+- Yδ−δ−δ−δ−
HF, HCl, H2O,
H2S, NH3, CH4,
SiH4
(BH3)x , (AlH3)x
HM' ou M'H
soit
Hδ+δ+δ+δ+M'δ−δ−δ−δ−ou M'δ−δ−δ−δ− Hδ+δ+δ+δ+
MH soit Mδ+δ+δ+δ+Hδ−δ−δ−δ−
Structure ionique ionique
X+ Y-
NaH, KH, CaH2,
MgH2
MH soit M+H-
géométrie moléculaire des composés hydrogénés :
Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa
Schéma de Lewis
Formule brute
XH XH2 XH3 XH4 XH3 H2X HX
Nbre de paires d'e-
1 2 3 4 4 4 4
Géométrie spatiale
Géométrie moléculaire
linéaire linéaire triangulaire tétraédrique pyramidale angulaire (coudée)
linéaire
• les composés oxygénés :
Type de substance
Type de la liaison X-O
Exemples Formule générale
Structure
covalente pure
Y-Y
- -
moléculaire
covalente
polarisée
Xδ+δ+δ+δ+- Yδ−δ−δ−δ−
Cl2O, H2O, N2O3,
P2O3, CO2
M'O et H2O
Structure ionique
ionique
X+ Y-
Na2O, K2O, MgO,
Al2O3
MO
X X X X X X X
CAF - chimie 4e - page 134
• les composés hydroxylés :
Type de substance
Type de la liaison X- O
Exemples Formule générale
Structure
covalente
pure
Y-Y
- -
moléculaire
covalente
polarisée
Xδ+δ+δ+δ+- Yδ−δ−δ−δ−
HNO2, HNO3,
H2CO3, H2SO3,
H2SO4
HM'O
Structure ionique
ionique
X+ Y-
NaOH, KOH,
Ca(OH)2 MOH
Nombre total d'électrons liants et d'électrons non liants de l'atome central
M' d'une molécule M'O et HM'O.
LES ATOMES DES ELEMENTS AYANT AU MOINS 3 COUCHES ELECTRONIQUES ET AU MOINS UNE PAIRE D'ELECTRONS NON LIANTS PEUVENT DEPASSER L'OCTET SUR LA COUCHE PERIPHERIQUE LORS DE LA FORMATION DE LIAISONS COVALENTES.
Atome M' isolé Atome M' lié
Dernière couche
Nombre max. d'e-
Nombre total d'e- liants et d'e- non liants
Groupe IV a Groupe Va Groupe VIa Groupe VIIa
Période 1 K 2
Période 2 L 8 C
8
N
8
O
8
F
8
Période 3 M 18 Si
8
P
8
10
S
8
10
12
Cl
8
10
12
14
CAF - chimie 4e - page 135
• les composés salins :
Type de substance
Type de la liaison M-O ou M-M'
Exemples Formule générale
Structure
covalente
pure
Y-Y
-
-
moléculaire
covalente
polarisée
Xδ+δ+δ+δ+- Yδ−δ−δ−δ−
-
-
Structure ionique
ionique
X+ Y-
NaCl, KBr, CaCl2,
Na2S,
NaHS, KHS,
NaNO2, NaNO3,
K2CO3, Na2SO4,
CaSO4,
NaHSO4,
NaH2PO4
MM'
MHM'
MM'O
MHM'O
CAF - chimie 4e - page 136
LA LIAISON CHIMIQUE
13. Le nombre d’oxydation (N.O.) Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions : • Fiche n°39 : Qu'appelle-t-on nombre d'oxydation d'u n élément chimique ? • Fiche n°40 : Comment détermine-t-on le N.O. d'un él ément d'un composé binaire moléculaire
? • Fiche n°41 : Comment détermine-t-on rapidement le N .O. d'un élément dans une molécule ? • Fiche n°42 : Comment déterminer par la méthode algé brique le N.O. d'un élément dans un
ion polyatomique ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la lecture d'un tableau mettant en relation, les formules de structure, les représentations fictives et les nombres d 'oxydation. Ensuite, on recherche une procédure d'évaluation rapide du N.O. dans les composés moléculaires et ioniques. Bilan notionnel • Mots clés : représentation fictive, charge fictive, nombre d'oxydation. • Représentation : représentation fictive.
CAF - chimie 4e - page 137
La liaison chimique - le N.O. - Fiche n°39 IDEE Qu'appelle-t-on nombre d'oxydation d'un élément chi mique ? ACTION
Capacité exercée O H E R I C
On donne un tableau de formules de substances avec les N.O. des éléments constitutifs.
Formule brute Formule de structure
Représentation fictive (*)
N.O. des éléments
Al - - N.O. Al = 0
H2 H-H H-H N.O. H = 0
Al 3+ - - N.O. Al = +III
HCl H - Cl H+ Cl - N.O.H = +I
N.O.Cl = -I
NaCl Na+ Cl - Na+ Cl - N.O.Na = +I
N.O.Cl = -I
CaBr 2 Br - Ca2+ Br - Br - Ca2+ Br - N.O.Ca = +II
N.O.Br = -I
H2S H - S - H H+ S 2- H+ N.O.H = +I
N.O.S = -II
SO2
O=S=O
O 2- S4+ O 2-
N.O.S = +IV N.O.O = -II
SO3 O
O=S=O
O 2-
O 2- S6+ O 2-
N.O.S = +VI
N.O.O = -II
Remarque pour le professeur: Un traitement rigoureux de certains cas nécessite le recours à la charge formelle, laquelle dépasse le niveau de la 4e (voir annexe I).
(*) Dans la représentation fictive, on attribue aux atomes les plus électronégatifs les électrons de liaison. La charge de chaque atome est fictive, elle dépend du nombre d'électrons "gagnés" ou "perdus" par rapport à l'atome neutre.
Retrouver une convention
δ+ δ−
δ+ 2δ− δ+
2δ− 4δ+ 2δ− 2δ−
2δ− 6δ+ 2δ−
CAF - chimie 4e - page 138
On demande
1) Quelle est la relation entre la formule de structure et la représentation fictive ?
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2) Quelle est la relation entre la représentation fictive et les valeurs du N.O. des éléments ?
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.......................................................................................................................................
CAF - chimie 4e - page 139
CONCLUSIONS
• La représentation fictive s'obtient en considérant arbitrairement toutes les liaisons covalentes polarisées comme ion iques. Les charges obtenues sont des charges fictives (imagina ires).
• Le N.O. est la valeur algébrique de la charge ficti ve ainsi obtenue.
LE N.O. D'UN ELEMENT REPRESENTE LA VALEUR ALGEBRIQ UE DE LA
CHARGE QU'UN ATOME DE CET ELEMENT PORTERAIT SI TOU TES LES
LIAISONS POLARISEES AUXQUELLES IL PARTICIPE ETAIEN T DE
NATURE IONIQUE.
CAF - chimie 4e - page 140
La liaison chimique - le N.O. - Fiche n°40 IDEE Comment détermine-t-on le N.O. d'un élément d'un co mposé binaire moléculaire ? ACTION
Capacité exercée O H E R I C
On donne des formules de structure de composés binaires : H2O, LiCl ...
On demande
1) Complète le tableau suivant:
Formule de structure
Représentation fictive (*)
N.O. des éléments
Σ Σ Σ Σ des N.O. de tous les atomes
O 2δ−2δ−2δ−2δ−
Hδ+δ+δ+δ+ Hδ+δ+δ+δ+
O 2−2−2−2−
H++++ H++++
N.O. O = -II
N.O. H = +I
Σ N.O. = -2 + 2(+1)
Σ N.O. = 0
Li+ Cl -
S=C=S
Na+ - O O - Na+
Hδ+δ+δ+δ+ δ−δ−δ−δ−O Oδ−δ−δ−δ− Hδ+δ+δ+δ+
H
H P H
Na+ H-
K+ H-
O = C = O
(*) On considère que toutes les liaisons polarisées sont ioniques.
2δ− 4δ+ 2δ− 4δ+ 2δ− 4δ+ 2δ− 4δ+
Tirer une règle
CAF - chimie 4e - page 141
2) Explicite, dans chaque cas, la procédure suivie pour la détermination du N.O. des
éléments.
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..................................................................................................................................
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CONCLUSIONS
• Le N.O. d'un élément d'un corps simple = O
• Dans un composé, le N.O. des éléments du groupe Ia est égal à +I,
le N.O. des éléments du groupe IIa est égal à +II,
le N.O. des éléments du groupe IIIa est égal à +II I.
• Le N.O. de O est toujours égal à - II sauf dans les peroxydes (H 2O2, Na2O2 ...)
où il est égal à -I
• Le N.O. de H est toujours égal à +I sauf dans les h ydrures métalliques (NaH,
KH ...) où il est égal à -I
• Dans une molécule la somme des N.O. de tous les ato mes est nulle.
CAF - chimie 4e - page 142
APPLICATIONS
Etablis le N.O. des éléments des substances suivantes:
Formule brute Formule de structure
N.O. des éléments Σ Σ Σ Σ N.O. des atomes
HNO3 ................................
................................
................................
................................
H2SO3 ................................
................................
................................
................................
H2SO4 ................................
................................
................................
................................
Na3PO4 ................................
................................
................................
................................
K2SO4 ................................
................................
................................
................................
Li 2SO4 ................................
................................
................................
................................
CaSO4 ................................
................................
................................
................................
Mg(NO3)2 ................................
................................
................................
................................
Al 2(SO4)3 ................................
................................
................................
................................
AlF3 ................................
................................
................................
................................
NaAlO 2 ................................
................................
................................
................................
CAF - chimie 4e - page 143
La liaison chimique - le N.O. - Fiche n°41 IDEE Comment détermine-t-on rapidement le N.O. d'un élém ent dans une molécule ? ACTION
Capacité exercée EXECUTION
On donne les règles de calcul du N.O.:
• Le N.O. d'un élément dans un corps simple = 0.
• Dans un composé, le N.O. des éléments Ia = +I, le N.O. des éléments IIa = +II, le N.O. des éléments IIIa = +III.
• Le N.O. de O = -II sauf dans les peroxydes (H2O2, Na2O2 ...) N.O. = -I.
• Le N.O. de H = +I sauf dans les hydrures métalliques (NaH, KH ...) N.O. = -I.
• Dans une molécule la somme des N.O. de tous les ato mes est égale à 0 .
On demande
1) Complète le tableau suivant:
Formule brute N.O. des éléments constitutifs
MgCl 2 ...............................................................................................
...............................................................................................
H3PO4 ...............................................................................................
...............................................................................................
NaNO3 ...............................................................................................
...............................................................................................
CaCO3 ...............................................................................................
...............................................................................................
Ca(H2PO4)2 ...............................................................................................
...............................................................................................
N2O5 ...............................................................................................
...............................................................................................
2) Explicite, dans chaque cas, la procédure suivie pour la détermination rapide du N.O. des éléments.
Appliquer une règle
CAF - chimie 4e - page 144
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
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.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
CONCLUSION
Pour déterminer rapidement le N.O. d'un élément dan s une
molécule, on le calcule par une méthode algébrique appliquant la
règle de la somme nulle des N.O.
CAF - chimie 4e - page 145
La liaison chimique - le N.O. - Fiche n°42 IDEE Comment déterminer par la méthode algébrique le N.O . d'un élément dans un ion polyatomique ? ACTION
Capacités exercées O H E R I C On donne une liste d'ions polyatomiques : OH-, CO3
2-, ... On demande de compléter le tableau suivant :
Formule de structure
Représentation fictive (*)
N.O. des éléments
Σ Σ Σ Σ des N.O. de tous les atomes
O−−−−H
O 2- H+
N.O. O = -II
N.O. H = +I
Σ N.O. = -2 + 1
Σ N.O. = -1
O
O C O
O
O N O
O = N O
O
O S O
O
(*) On considère que toutes les liaisons polarisées sont ioniques.
Tirer une règle
Appliquer une règle
-
2-
-
-
2-
CAF - chimie 4e - page 146
CONCLUSION
Dans un ion polyatomique, la somme des N.O. des ato mes constitutifs est égale à la valeur algébrique de la charge de l'ion.
APPLICATION
Calcule le N.O. des éléments des ions polyatomiques suivants:
Formule brute N.O. des éléments constitutifs
SO32-
...............................................................................................
...............................................................................................
HPO42-
...............................................................................................
...............................................................................................
ClO- ...............................................................................................
...............................................................................................
ClO4-
...............................................................................................
...............................................................................................
Cr2O72-
...............................................................................................
...............................................................................................
CAF - chimie 4e - page 147
N.O. - SERIES DES ELEMENTS M ET H
-IV -III -II -I 0 +I +II +III +IV +V +VI +VII
H H- H2 H+
MIa Na
K
Na+
K+
MIIa Ca
Mg
Ca2+
Mg2+
MIIIa Al Al 3+
AlO 2-
Mb Ag
Co
Cr
Cu
Fe
Mn
Ni
Zn
Ag+
Cu+
Co2+
Cu2+
Fe2+
Mn2+
Ni2+
Zn2+
Co3+
Cr3+
Fe3+
CrO42-
chromate
Cr2O72-
dichromate
MnO42-
manganate
MnO4-
permanganate
MIVa Pb Pb2+
CAF - chimie 4e - page 148
N.O. - SERIES DES ELEMENTS M' ET O
-IV
-III
-II
-I 0
+I
+II
+III
+IV
+V
+VI
+VII
M'IVa CH4 C CO CO2
H2CO3
HCO3-
CO32-
M'Va NH4
+
NH3
N3-
N2 N2O3
HNO2
NO2-
N2O5
HNO3
NO3-
PH3
P3-
P4 P2O3
(P4O6)
H3PO3
H2PO3-
HPO32-
P2O5
(P4O10)
H3PO4
H2PO4-
HPO42-
PO43-
M'VIa H2S
HS-
S2-
S8 SO2
H2SO3
HSO3-
SO32-
SO3
H2SO4
HSO4-
SO42-
H3O
+
H2O
OH-
O2-
H2O2 O2
M'VIIa HCl
Cl-
Cl2 Cl2O
HClO
ClO-
HClO2
ClO2-
HClO3
ClO3-
HClO4
ClO4-
CAF - chimie 4e - page 149
CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 39 à 42) TREIZIEME SEQUENCE : LA LIAISON CHIMIQUE - LE NOMBRE D'OXYDATION 39. La représentation fictive d'une molécule s'obtient en considérant
arbitrairement toutes les liaisons covalentes polarisées comme ioniques.
Les charges obtenues sont des charges fictives (imaginaires).
Le N.O. est la valeur algébrique de la charge fictive ainsi obtenue.
40. Définition du N.O. : Le N.O. d'un élément représente la valeur
algébrique de la charge qu'un atome de cet élément porterait si toutes
les liaisons polarisées auxquelles il participe étaient de nature ionique.
41. Régles d'évaluation du N.O.
• Le N.O. d'un élément d'un corps pur = O
• Dans un composé,
� le N.O. des éléments du groupe Ia est égal à +I,
� le N.O. des éléments du groupe IIa est égal à +II,
� le N.O. des éléments du groupe IIIa est égal à +III,
� le N.O. de O est toujours égal à - II sauf dans les peroxydes
(H2O2, Na2O2 ...) où il est égal à -I,
� le N.O. de H est toujours égal à +I sauf dans les hydrures
métalliques (NaH, KH ...) où il est égal à -I
• Dans une molécule la somme des N.O. de tous les atomes est nulle.
• Dans un ion polyatomique, la somme des N.O. des atomes constitutifs
est égale à la valeur algébrique de la charge de l'ion.
CAF - chimie 4e - page 150
LA LIAISON CHIMIQUE
14. La géométrie moléculaire Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre à la question suivante : • Fiche n°43 : Quelle est la géométrie spatiale d'un e substance à structure moléculaire
(molécule ou ion polyatomique) ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la recherche de la formule de structure tridimensionnelle à partir de modèles moléculaires. Ensuite, on recherche un mode de raisonnement pour prévoir la géométrie moléculaire en fonction du nombre d'atomes fixés sur l'atome central. Bilan notionnel • Mots clés : atome central, atome externe, répulsion entre paires électroniques • Représentation : représentation des molécules en 3 D.
CAF - chimie 4e - page 151
La liaison chimique - géométrie moléculaire - Fiche n°43 IDEE Quelle est la géométrie spatiale d'une substance à structure moléculaire (molécule ou ion polyatomique) ?
ACTION
Capacité exercée O H E R I C On donne des formules brutes et les modèles moléculaires compacts
correspondants : SO2 , HCl, ...
On demande
1) Complète le tableau:
Formule brute Modèle mol. compact Formule de struct ure
SO2
S O O
HCl
HBr
HI
CO2
Faire évoluer un modèle
CAF - chimie 4e - page 152
Formule brute Modèle mol. compact Formule de struct ure
H2O
BeCl 2
NH3
AlCl 3
NO3-
CO32-
CAF - chimie 4e - page 153
Formule brute Modèle mol. compact Formule de struct ure
SO42-
CH4
NH4+
H3O+
CAF - chimie 4e - page 154
2) Classe les substances du tableau précédent selon le nombre d'atomes "externes" fixés sur l'atome central.
(SO2, HCl, HBr, HI, CO2, H2O, BeCl2, NH3, AlCl3, NO3
-, CO32-, SO4
2-, CH4, NH4+,
H3O+)
Nombre d'atomes externes 1
type de formule
XY
2
type de formule XY 2
3
type de formule XY 3
4
type de formule XY 4
S
O O
3) Schématise les formes moléculaires des substances à structure moléculaire en
imitant l'exemple proposé.
Type de formule
XY XY2 XY3 XY4
Géométrie spatiale
Géométrie moléculaire
linéaire
X
F O R M U L E
D E
S T R U C T U R E
Légende : atome central : atome externe : liaison simple ou multiple : doublet non liant X
CAF - chimie 4e - page 155
CONCLUSION
Type de formule
XY XY2 XY3 XY4
Géométrie spatiale
Géométrie moléculaire
linéaire
linéaire ou
angulaire
triangulaire ou pyramidale
tétraédrique
La géométrie spatiale est une conséquence de la rép ulsion entre
paires électroniques liantes et non liantes.
Elle dépend donc de deux facteurs:
• le nombre d'atomes externes;
• le nombre de paires électroniques non liantes.
Note pour le professeur: Ce procédé de raisonnement basé sur la répulsion des
paires électroniques de la couche de valence est connu sous l'acronyme anglais de
VSEPR (Valence Shell Electron Pairs Repulsion).
X
X
X X
X
X
X
Légende : atome central : atome externe : liaison simple ou multiple : doublet non liant X
CAF - chimie 4e - page 156
CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiche 43) QUATORZIEME SEQUENCE : LA LIAISON CHIMIQUE - LA GEOMETRIE MOLECULAIRE
42.
Type de formule
XY XY2 XY3 XY4
Géométrie spatiale
Géométrie moléculaire
linéaire
linéaire ou
angulaire
triangulaire ou pyramidale
tétraédrique
La géométrie spatiale est une conséquence de la répulsion entre paires
électroniques liantes et non liantes.
Elle dépend donc de deux facteurs:
• le nombre d'atomes externes;
• le nombre de paires électroniques non liantes.
Note pour le professeur: Ce procédé de raisonnement basé sur la répulsion
des paires électroniques de la couche de valence est connu sous l'acronyme
anglais de VSEPR (Valence Shell Electron Pairs Repulsion).
X
X
X X
X
X
X
Légende : atome central : atome externe : liaison simple ou multiple : doublet non liant X
CAF - chimie 4e - page 157
LA LIAISON CHIMIQUE
15. Les relations propriétés - structure Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions suivantes : • Fiche n°44 : Comment se comportent diverses substa nces binaires en présence d'un
champ électrique ? • Fiche n°45 : Comment se comportent des substances moléculaires polaires en solution
aqueuse ? • Fiche n°46 : Comment se comportent des substances ioniques en solution aqueuse ? • Fiche n°47 : Comment les acides, les bases hydroxy des et les sels s'ionisent-ils en solution
aqueuse ? • Fiche n°48 : Comment les oxydes acides (M'O) et le s oxydes basiques (MO) s'ionisent-ils
en solution aqueuse ? Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur l'observation du comportement de composés binaires liquides dans un champ électrique en vue de les classer en composés polaires et apolaires. La justification de ce classement trouve son explication a posteriori dans la géométrie moléculaire. Ensuite, des expériences de conductibilité et d'électrolyse démontrent l'ionisation des composés moléculaires polaires et des composés ioniques dans l'eau. Enfin l'ionisation en solution aqueuse des acides, des bases, des sels et des oxydes est systématisée. Bilan notionnel. • Mots clés : Centre de charge, dipôle, molécule polaire, molécule apolaire, ionisation, solvatation,
hydratation. • Représentation : molécules en 3D, ionisation des acides, des bases, des sels et des oxydes en
solution aqueuse
CAF - chimie 4e - page 158
La liaison chimique - Relations propriétés-structur e - Fiche n°44 IDEE Comment se comportent diverses substances binaires en présence d'un champ électrique?
ACTION
Capacités exercées O H E R I C EXECUTION
On donne des représentations des molécules d'eau et de tétrachlorure de carbone
= centre de charge positive (situé à égale distance des charges +)
= centre de charge négative (situé à égale distance des charges -)
les centres de charge sont distincts les centres de charge sont confondus On réalise les deux expériences suivantes: On demande
1) Dessine le trajet du filet de liquide après l'ouverture du robinet de la burette.
H2O CCl4
- - - - - - - - bâton d'ébonite chargé
Faire évoluer le modèle de la liaison
O
H H
2δ−
δ+ δ+ +
-
Cl
C Cl Cl
Cl
+ -
+
-
δ− δ−
δ−
δ−
4δ+
- - - - - - - -
Légende
: liaison dans le plan de la feuille : liaison vers l'arrière : liaison vers l'avant
Justifier des faits
Appliquer le modèle de la liaison
CAF - chimie 4e - page 159
2) Recherche la différence entre les molécules de H2O et de CCl4.
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.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
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3) En quoi cette différence peut-elle justifier les faits observés ?
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
CONCLUSIONS
• Dans une molécule, lorsque les centres de charge sont distincts ,
celle-ci présente deux pôles (un positif et un autr e négatif), on dit
que la molécule constitue un dipôle ou qu'elle est polaire .
• Dans une molécule, lorsque les centres de charge sont
confondus , on dit que la molécule n'est pas un dipôle ou qu'elle
est apolaire (non polaire).
• Le caractère polaire ou apolaire de la molécule dép end non
seulement du caractère polarisé des liaisons mais é galement de
la géométrie de la molécule.
CAF - chimie 4e - page 160
APPLICATION On rappelle les formes moléculaires les plus courantes:
Type de formule XY XY2 XY3 XY4
Géométrie spatiale
Géométrie moléculaire
linéaire
linéaire ou
angulaire
triangulaire ou pyramidale
tétraédrique
En t'inspirant des représentations proposées, complète le tableau suivant:
Formule Représentation spatiale
Géométrie moléculaire
Dipôle
HI
oui - non
H2S
oui - non
CO2
oui - non
SO2
oui - non
Formule Représentation Géométrie Dipôle
X
X
X X
X
X
X
Légende : atome central : atome externe : liaison simple ou multiple : doublet non liant X
CAF - chimie 4e - page 161
spatiale moléculaire
BeCl2
oui - non
NH3
oui - non
BH3
oui - non
SO3
oui - non
CH4
oui - non
SiF4
oui - non
CAF - chimie 4e - page 162
La liaison chimique - Relations propriétés-structur e - Fiche n°45 IDEE Comment se comportent des substances moléculaires p olaires en solution aqueuse ?
ACTION
Capacité exercée O H E R I C 1. On donne une expérience de conductibilité à réaliser:
schéma observations
..................................................................
..................................................................
..................................................................
..................................................................
..................................................................
..................................................................
..................................................................
..................................................................
..................................................................
..................................................................
On demande
1) Quelles explications peux-tu proposer pour interpréter tes observations ?
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
HCl 1 mol/L
Interptéter des faits expérimentaux à l'aide du
modèle de la laison chimique
CAF - chimie 4e - page 163
2. On donne une expérience d'électrolyse de HCl à réaliser.
schéma observations
A l'anode:..................................................
..................................................................
..................................................................
..................................................................
..................................................................
..................................................................
A la cathode: ............................................
..................................................................
..................................................................
..................................................................
..................................................................
..................................................................
..................................................................
..................................................................
..................................................................
On demande
1) Quelle information peux-tu tirer de la position de l'éprouvette récupérant le gaz
libéré à la cathode (-) ? ................................................................................................
2) Que se passe-t-il si on enflamme, dans l'éprouvette, le gaz recueilli à la cathode (-
) ? .................................................................................................................
3) Quelle est la nature du gaz recueilli à la cathode (-) ? : ..........................................
4) Qu'observes-tu si tu verses quelques gouttes de colorant organique dans la
solution du côté de l'anode (+) ?...................................................................................
5) Quelle est la nature de la substance libérée à l'anode (+) ?: ...................................
6) Quels sont les ions présents dans la solution aqueuse de HCl ?
.......................................................................................................................................
électrode de graphite
HCl 5 mol/L
+ -
CAF - chimie 4e - page 164
CONCLUSIONS
• En solution aqueuse, le composé polaire HCl s'ionis e.
Equation d'ionisation: HCl H + (aq) + Cl - (aq)
• Interprétation de l'ionisation en solution aqueuse AVANT L'HYDROLYSE
PENDANT L'HYDROLYSE
APRES L'HYDROLYSE
H2O
Hδ+δ+δ+δ+ O2δ−2δ−2δ−2δ− Hδ+δ+δ+δ+
Hδ+δ+δ+δ+ O2δ−2δ−2δ−2δ− Hδ+δ+δ+δ+
Hδ+δ+δ+δ+ Cl δ−δ−δ−δ−
Hδ+δ+δ+δ+ O2δ−2δ−2δ−2δ− Hδ+δ+δ+δ+
Hδ+δ+δ+δ+ O2δ−2δ−2δ−2δ− Hδ+δ+δ+δ+
H++++ Cl −−−−
H O H H
H O H
Cl
+ -
CAF - chimie 4e - page 165
APPLICATION
Rédige le scénario de la séquence d'hydrolyse et d'ionisation de l'acide
chlorhydrique, molécule polaire, dans l'eau:
AVANT L'HYDROLYSE:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
PENDANT L'HYDROLYSE:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
APRES L'HYDROLYSE:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
CAF - chimie 4e - page 166
Remarques
1. Les ions H 3O+ formés sont appelés ions hydronium, on les
symbolisera par H + (aq).
2. L'ion chlorure hydraté sera symbolisé par Cl - (aq).
En réalité, le chlorure est entouré par une premièr e couche de 6 molécules d'eau formant un octaèdre.
Légende : molécule d'eau Cl-
H O H
Cl
-
H O H H
+
CAF - chimie 4e - page 167
3. Représentations de H 3O+
O
H
H
H
+
+
H
O
H H
Légende
: liaison dans le plan de la feuille : liaison vers l'arrière : liaison vers l'avant
CAF - chimie 4e - page 168
• Une fois formées, les trois liaisons covalentes son t absolument équivalentes.
Rappel de la définition du N.O. : le N.O. d'un élément représente la valeur algébrique de la charge qu'un atome de cet é lément porterait si toutes les liaisons polarisées auxquel les il participe étaient de nature ionique.
• La représentation fictive devient dès lors :
N.O.O = -II
N.O.H = +I
N.O. = charge fictive
H+ O 2- H+ H+
CAF - chimie 4e - page 169
La liaison chimique - Relations propriétés-structur e - Fiche n°46 IDEE Comment se comportent des substances ioniques en so lution aqueuse ?
ACTION
Capacité exercée O H E R I C On donne deux expériences de conductibilité à réaliser.
schéma observations
..............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
NaCl 1 mol/L
NaOH 1 mol/L
Interptéter des faits expérimentaux à l'aide du
modèle de la laison chimique
CAF - chimie 4e - page 170
On demande
1) Quelles explications peux-tu proposer pour interpréter tes observations ?
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2) Comment se dissocie NaOH en solution aqueuse ? Propose deux schémas de dissociation:
• 1er schéma: NaOH → ..........+...........
• 2e schéma : NaOH → ..........+...........
3) Quelle est la bonne proposition ? Justifie ta réponse (Si tu ne peux pas répondre actuellement à cette question, passe à la question n°4).
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
4) Rappel:
La phénolphtaléine est un indicateur coloré qui révèle la présence d'ions OH-. Le méthylorange peut détecter la présence d'ions H+.
Couleur de φφ φφ φφ φφ (phénolphtaléine)
Couleur de MO (méthylorange)
Présence de H + incolore rouge
Présence de OH - rouge amarante jaune-orange
• Réalise les tests suivants sur des échantillons de solution aqueuse de NaOH:
Couleur de φφ φφ φφ φφ (phénolphtaléine)
Couleur de MO (méthylorange)
Solution de NaOH ....................................... ........................................
• Propose l'équation de dissociation ionique de NaOH en solution aqueuse :
..................................................................................................................................
• Calcule le ∆χ pour les liaisons Na-O et O-H et précise entre quels atomes a lieu la dissociation ionique de NaOH.
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
.................................................................................................................................
CAF - chimie 4e - page 171
5) Commente le schéma général suivant:
AVANT DISSOLUTION APRES DISSOLUTION
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
+ - + - + - + - + - + - + - +
+
-
cristal
molécules d'eau
- + + - + - + - + - + - +
CAF - chimie 4e - page 172
CONCLUSIONS
• En solution aqueuse, les composés ioniques se disso cient en ions. Pour les composés ternaires, la dissociation intervient entre le métal et l'élément sur lequel il est fixé (∆χ∆χ∆χ∆χ le plus grand).
Equations d'ionisation: NaCl Na + (aq) + Cl - (aq)
NaOH Na+ (aq) + OH- (aq)
• Interprétation de l'ionisation en solution aqueuse AVANT DISSOLUTION APRES
DISSOLUTION
Les ions, arrachés au cristal, attirent les molécul es d'eau polaires. Celles-ci entourent chaque ion et s'orien tent différemment selon la nature positive ou négative d e sa charge. Ce phénomène porte le nom général de SOLVATATION. En solution aqueuse, on parlera d'HYDRATATION. Ex.: géométrie octaédrique de l'ion chlorure hydrat é Cl- (aq)
H2O
H2O
+ - + - + - + - + - + - + - +
+
-
cristal
molécules d'eau
- + + - + - + - + - + - +
Cl-
La liaison chimique - Relations propriétés-structur e - Fiche n°47
IDEEComment les acides, les bases hydroxydes et les sel s s'ionisent-ils en solution aqueuse ?
ACTION
Capacité exercée EXECUTION
On donne
Substances ioniques Substances moléculaires
MOH MM'(O) MHM'(O) HM'(O)
NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2
NaCl, KBr, CaCl2, K2SO3, Mg(NO3)2
NaHCO3
CaHPO4
HCl, HBr, HI,
HNO3, H2SO4, H3PO4
On demande d'établir les équations d'ionisation des acides, des bases et des sels.
En cas de doute, tu peux représenter la formule de structure pour déterminer la liaison la plus polarisée (∆χ le plus élevé).
MOH
base hydroxyde
NaOH → .........................................................................................
KOH → ...........................................................................................
Ca(OH)2 → .....................................................................................
Ba(OH)2 → .....................................................................................
MM'(O)
sel
NaCl → ...........................................................................................
KBr → .............................................................................................
CaCl2 → .........................................................................................
K2SO3→ ..........................................................................................
Mg(NO3)2 → ....................................................................................
MHM'(O)
hydrogénosel
NaHCO3 → .....................................................................................
CaHPO4 → .....................................................................................
HM'(O)
acide
HCl → .............................................................................................
HBr → .............................................................................................
HI → ...............................................................................................
HNO3 → ..........................................................................................
H2SO4 → .........................................................................................
H3PO4 → .........................................................................................
CAF - chimie 4e - page 173
Utiliser le modèle de l'ionisation
CAF - chimie 4e - page 175
CONCLUSION
IONISATION DES ACIDES, DES BASES HYDROXYDES
ET DES SELS EN SOLUTION AQUEUSE
substance moléculaire
substance ionique
ACIDE SEL BASE HYDROXYDE
hydracide
HM' H+ (aq) + M' - (aq)
sel d'hydracide
MM' M+ (aq) + M' - (aq)
MOH M+ (aq) + OH- (aq)
oxacide
HM'O H+ (aq) + M'O - (aq)
sel d'oxacide
MM'O M+ (aq) + M'O - (aq)
H2O H2O H2O
H2O H2O
CAF - chimie 4e - page 176
La liaison chimique - Relations propriétés-structur e - Fiche n°48 IDEE Comment les oxydes acides (M'O) et les oxydes bas iques (MO) s'ionisent-ils en solution aqueuse ? ACTION
Capacité exercée EXECUTION Rappel de 3e: les oxydes réagissent avec l'eau de la manière suivante(*) :
MO
oxyde basique
Na2O (s) + H2O (l) → 2 NaOH (aq)
CaO (s) + H2O (l) → Ca(OH)2 (aq)
M'O
oxyde acide
SO2 (g) + H2O (l) → H2SO3 (aq)
N2O5 (g) + H2O (l) → 2 HNO3 (aq) On donne un jeu d'écriture représentant l'hydrolyse d'un oxyde: • Oxyde acide (M'O)
(1) SO2 (g) + H2O (l) → [H2SO3 (aq)]
(2) [H2SO3 (aq)] → HSO3- (aq) + H+ (aq)
(1)+(2) SO2 (g) + H2O (l) → HSO3
- (aq) + H+ (aq)
• Oxyde basique (MO)
(3) Na2O (s) + H2O (l) → [2 NaOH (aq)]
(4) [2 NaOH (aq)] → 2 Na+ (aq) + 2 OH- (aq) (3)+(4) Na2O (s) + H2O (l) → 2 Na+ (aq) + 2 OH- (aq)
On demande de traiter de manière analogue les quatre oxydes suivants :
a. CO2 (g) + .....................................................
.....................................................................
.....................................................................
(*)
Attention, certains oxydes non métalliques ne réagissent pas avec l'eau (ex.: CO, NO, ...). D'autres encore réagissent selon un autre schéma (ex.: NO2 ...).
Utiliser le modèle de l'ionisation
OH-
H+
CAF - chimie 4e - page 177
b. P4O10 (s) + ................→ ... H3PO4
.....................................................................
.....................................................................
c. CaO (s) + .....................................................
.....................................................................
.....................................................................
d. K2O (g) + .....................................................
.....................................................................
..................................................................... CONCLUSION
IONISATION DES OXYDES EN SOLUTION AQUEUSE
substance moléculaire - oxyde acide substance ionique - oxyde basique
M'O + H2O →→→→ (H)M'O- (aq) + H+ (aq)
MO + H2O →→→→ M+ (aq) + OH- (aq)
H+ OH-
CAF - chimie 4e - page 178
CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 44 à 48) QUINZIEME SEQUENCE : LA LIAISON CHIMIQUE - LES RELATIONS PROPRIETE / STRUCTURE 43. Molécules polaires et apolaires : Dans une molécule, lorsque les centres
de charge sont distincts, celle-ci présente deux pôles (un positif et un
autre négatif), on dit que la molécule constitue un dipôle ou qu'elle est
polaire.
Dans une molécule, lorsque les centres de charge sont confondus, on dit
que la molécule n'est pas un dipôle ou qu'elle est apolaire (non polaire).
Le caractère polaire ou apolaire de la molécule dépend non seulement du
caractère polarisé des liaisons mais également de la géométrie de la
molécule.
44. Ionisation des composés polaires dans l'eau :
En solution aqueuse, le composé polaire HCl s'ionise.
Equation d'ionisation: HCl H+ (aq) + Cl- (aq)
• Interprétation de l'ionisation en solution aqueuse
AVANT L'HYDROLYSE
H2O
Hδ+δ+δ+δ+ O2δ−2δ−2δ−2δ− Hδ+δ+δ+δ+
Hδ+δ+δ+δ+ O2δ−2δ−2δ−2δ− Hδ+δ+δ+δ+
Hδ+δ+δ+δ+ Clδ−δ−δ−δ−
CAF - chimie 4e - page 179
PENDANT L'HYDROLYSE
APRES L'HYDROLYSE
Hδ+δ+δ+δ+ O2δ−2δ−2δ−2δ− Hδ+δ+δ+δ+
Hδ+δ+δ+δ+ O2δ−2δ−2δ−2δ− Hδ+δ+δ+δ+
H++++ Cl −−−−
H O H H
H O H
Cl
+ -
CAF - chimie 4e - page 180
Remarques
• Les ions H3O+ formés sont appelés ions hydronium, on les symbolisera
par H+ (aq).
• Les ions chlorures hydratés seront symbolisés par Cl- (aq).
En réalité, le chlorure est entouré par une première couche de 6
molécules d'eau formant un octaaèdre.
H O H
Cl
-
H O H H
+
Cl-
CAF - chimie 4e - page 181
• Représentations de H3O+
� Une fois formées, les trois liaisons covalentes sont absolument
équivalentes.
� N.O. de O = -II ( charge fictive).
O
H
H
H
+
+
H
O
H H
Légende
: liaison dans le plan de la feuille : liaison vers l'arrière : liaison vers l'avant
CAF - chimie 4e - page 182
45. Ionisation des composés ioniques dans l'eau : en solution aqueuse, les
composés ioniques se dissocient en ions. Pour les composés ternaires, la
dissociation intervient entre le métal et l'élément sur lequel il est fixé (∆χ∆χ∆χ∆χ est le plus grand).
• Equations d'ionisation: NaCl Na+ (aq) + Cl- (aq)
NaOH Na+ (aq) + OH- (aq)
• Interprétation de l'ionisation en solution aqueuse
AVANT DISSOLUTION APRES
DISSOLUTION
Les ions, arrachés au cristal, attirent les molécules d'eau polaires.
Celles-ci entourent chaque ion et s'orientent différemment autour de lui
selon la nature positive ou négative de sa charge.
Ce phénomène porte le nom général de SOLVATATION.
En solution aqueuse, on parlera d'HYDRATATION.
H2O
H2O
+ - + - + - + - + - + - + - +
+
-
cristal
molécules d'eau
- + + - + - + - + - + - +
CAF - chimie 4e - page 183
46. Ionisation des acides, des bases hydroxydes et des sels en solution
aqueuse :
substance moléculaire
substance ionique
ACIDE SEL BASE HYDROXYDE
hydracide
HM' H+ (aq) + M' - (aq)
sel d'hydracide
MM' M+ (aq) + M' - (aq)
MOH M+ (aq) + OH- (aq)
oxacide
HM'O H+ (aq) + M'O - (aq)
sel d'oxacide
MM'O M+ (aq) + M'O - (aq)
47. Ionisation des oxydes en solution aqueuse :
substance moléculaire - oxyde acide substance ionique - oxyde basique
M'O + H2O →→→→ HM'O- (aq) + H+ (aq)
MO + H2O →→→→ M+ (aq) + OH- (aq)
H2O H2O H2O
H2O H2O
H+ OH-
CAF - chimie 4e - page 184
LA REACTION CHIMIQUE
16. Les réactions rédox et non rèdox Mise en situation - Contexte Au cours de cette séquence, nous vous proposons de répondre aux questions : • Fiche n°49 : Recherche d'une classification des réa ctions chimiques. • Fiche n°50 : Quelle est l'interprétation électroniq ue d'une rédox en solution aqueuse ? • Fiche n°51 : Classons les réactions non-rédox en so lution aqueuse. • Fiche n°52 : Interprétons les réactions non-rédox e n solution aqueuse à l'aide du modèle de
l'ionisation. Démarche et compétences développées La démarche préconisée est basée sur la recherche d'une classification des réactions chimiques (rédox et non rédox). On interprète ensuite les rédox en solution aqueuse par un mécanisme électronique. On réalise des exprériences de réactions non rédox pour les classer à l'aide d'un organigramme. Enfin, on explique les réactions non rédox à l'aide du modèle de l'ionisation. Bilan notionnel • Mots clés : oxydoréduction, oxydation, réduction, rédox, non rédox, précipitation, volatilisation,
neutralisation (salification). • Représentation : dissociation en ions, association d'ions.
CAF - chimie 4e - page 185
La réaction chimique - Fiche n°49 IDEE Recherche d'une classification des réactions chimiq ues. ACTION
Capacité exercée EXECUTION On donne une liste de réactions déjà rencontrées. On demande de les classer sur la base du critère suivant: variation du N.O. d'au moins un élément au cours de la réaction. Indique une croix dans la colonne qui convient.
Réactions Variation de N.O. N.O. inchangés
2 Mg + O2 → 2 MgO
4 Na + O2 → 2 Na2O
C + O2 → CO2
S + O2 → SO2
MgO + H2O → Mg(OH)2
Na2O + H2O → 2 NaOH
CO2 + H2O → [H2CO3]
SO2 + H2O → [H2SO3]
NaOH + HCl → NaCl + H2O
CaO + 2 HCl → CaCl2 + H2O
CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2O + CO2
2 Na + Cl2 → 2 NaCl
2 KI + Cl2 → 2 KCl + I2
2 KBr + Cl2 → 2 KCl + Br2
2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2
Ca + 2 H2O → Ca(OH)2 + H2
CONCLUSION
Les réactions chimiques peuvent être classées en de ux catégories: réactions avec variation de N.O.: OXYDOREDUCTIONS o u REDOX;
réactions sans variation de N.O.: REACTIONS NON-RED OX.
Classer des réactions sur base de la variation du N.O.
CAF - chimie 4e - page 186
La réaction chimique - Fiche n°2 IDEE Quelle est l'interprétation électronique d'une rédo x en solution aqueuse (*) ?
ACTION
Capacité exercée O H E R I C On rappelle les équations des réactions entre le dichlore et l'iodure de potassium.
Equation moléculaire : Cl2 (aq) + 2 KI (aq) →→→→ I2 (aq) + 2 KCl (aq)
Equation ionique: Cl2 (aq) + 2 I- (aq) →→→→ I2 (aq) + 2 Cl - (aq)
On donne les informations suivantes pour la réaction précitée,
• l'équation d'oxydation correspond à: 2 I- (aq) → I2(aq) + 2e-
• l'équation de réduction correspond à: Cl2 (aq) + 2e- → 2 Cl- (aq)
• l'équation de l'oxydoréduction est: Cl2 (g) + 2 I- (aq) → I2 (aq) + 2 Cl- (aq)
Les électrons libérés par l'iode sont transférés vers le chlore plus électronégatif.
• le réducteur est l'élément I sous la forme de I-;
• l'oxydant est l'élément Cl sous la forme de Cl2.
On demande
1) d'imiter l'analyse ci-dessus dans les cas suivants: a) Cl2 (aq) + 2 KBr (aq) → Br2 (aq) + 2 KCl (aq) • oxydation : ..........................................................................................................
• réduction : ..........................................................................................................
• oxydoréduction (rédox) :......................................................................................
• réducteur: ............................................................................................................
• oxydant: ..............................................................................................................
(*) Les réactions rédox en milieu sec seront abordées en 5e.
2 e-
Etablir des définitions
CAF - chimie 4e - page 187
b) Br2 (aq) + 2 KI (aq) → I2 (aq) + 2 KBr (aq) • oxydation : ..........................................................................................................
• réduction : ........................................................................................................
• oxydoréduction (rédox) :......................................................................................
• réducteur: ............................................................................................................
• oxydant: ..............................................................................................................
2) de définir d'un point de vue électronique les notions suivantes:
• une oxydation : .......................................................................................................
..................................................................................................................................
• une réduction : ........................................................................................................
..................................................................................................................................
• une oxydoréduction :..............................................................................................
..................................................................................................................................
• un oxydant : ............................................................................................................
..................................................................................................................................
• un réducteur :
..........................................................................................................
..................................................................................................................................
CAF - chimie 4e - page 188
CONCLUSION
Définitions
• une oxydation est une perte d'électron(s);
• une réduction est un gain d'électron(s);
• une oxydoréduction est une réaction au cours de laq uelle il y a transfert d'électron(s).
• un oxydant est un accepteur électron(s);
• un réducteur est un donneur électron(s);
UNE OXYDOREDUCTION EST UNE REACTION AU COURS DE LAQUELLE
IL Y A TRANSFERT D'ELECTRON(S) D'UN REDUCTEUR VERS UN OXYDANT.
CAF - chimie 4e - page 189
La réaction chimique - Fiche n°3 IDEE Classons les réactions non-rédox en solution aqueus e .
Capacité exercée O H E R I C 1. On donne des expériences à réaliser en tubes à essais.
Expériences Observations 1. ................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
2. ................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
3. ................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
4. ................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
HCl(aq)
Na2CO3 (aq)
NaOH (aq)
CuSO4 (aq)
KOH (aq)
HNO3 (aq)
HCl (aq)
CaCO3 (s)
Classer des réactions
CAF - chimie 4e - page 190
Expériences Observations
5. ................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
6. ................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
7. ................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
8. ................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
9. ................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
10. ................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
................................................................
NaOH(aq)
HCl (aq)
H2SO4 (aq)
Ba(NO3)2 (aq)
.......................
...................
.......................
...................
.......................
...................
.......................
...................
CAF - chimie 4e - page 191
On demande de classer les réactions dans l'organigramme suivant:
Réactions à classer 1) Na2CO3 (aq) + HCl (aq) 2) CuSO 4 (aq) + NaOH (aq) 3) HNO3 (aq) + KOH (aq) 4) CaCO3 (s) + HCl (aq) 5) HCl (aq) + NaOH (aq) 6) Ba(NO 3)2 + H2SO4 (aq)
Y a-t-il apparition d'une nouvelle
phase ? OUI
Quelle est la nature de la nouvelle
phase ?
Précipitation
...........................................
...........................................
GAZ OUI
Réactions
.............................................................
.............................................................
.............................................................
............................................................
Volatilisation
...........................................
...........................................
NON
Y a-t-il changement de couleur en présence d'un
indicateur coloré?
Neutralisation
...........................................
...........................................
NON
Réactions
.............................................................
.............................................................
.............................................................
............................................................
Pas de réaction
...........................................
...........................................
SOLIDE
CAF - chimie 4e - page 192
CONCLUSION En solution aqueuse, les réactions non-rédox sont d es réactions d'associations d'ions. Elles se répartissent en 3 catégories: * réactions de volatilisation * réactions de précipitation * réactions de neutralisation
Remarque: Les réactions non-rédox en milieu sec ne seront pas envisagées dans le cours de 4 e.
Ex.: CaO (s) + CO 2 (g) →→→→ CaCO3 (s)
NH3 (g) + HCl (g) →→→→ NH4Cl (s)
2 NaHCO3 (s) →→→→ Na2CO3 (s) + H2O (g) + CO2 (g)
CaCO3 (s) →→→→ CaO (s) + CO2 (g) θ
θ
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La réaction chimique - Fiche n°4 IDEE Interprétons les réactions non-rédox en solution aq ueuse à l'aide du modèle de l'ionisation.
Capacité exercée O H E R I C On donne trois exemples de réaction non-rédox en solution aqueuse.
Expérience 1 Observations
Un gaz suffocant est libéré. Ce gaz
peut décolorer un papier imbibé de
KMnO4 (aq) en milieu acide.
1. Ionisons les réactifs: K2SO3 (aq) HBr (aq)
2K+ (aq) + SO32- (aq) H+ (aq) + Br- (aq)
2. Quels sont les ions qui, en s'associant, peuvent libérer un gaz ?
(Consulte la liste des gaz)
Seuls les ions SO32- (aq) et H+ (aq) peuvent s'associer pour former du SO2 gazeux.
Quant aux ions K+ (aq) et Br- (aq), ils sont inactifs dans cette réaction (ions spectateurs).
Association d'ions: SO32- (aq) + 2H+ (aq) →→→→ [H2SO3 (aq)]
H2O (l) + SO2 (g)
3. Quelles sont les équations ioniques et moléculai res du phénomène ?
Eq. ionique:
2K+ (aq) + SO32- (aq) + 2H+ (aq) + 2Br- (aq) → 2K+ (aq) + 2Br- (aq) + [H2SO3 (aq)]
H2O (l) + SO2 (g) Eq. moléculaire: K2SO3 (aq) + 2 HBr (aq) → 2 KBr (aq) + H2O (l) + SO2 (g)
HBr (aq)
K2SO3 (aq)
Utiliser le modèle de l'ionisation
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Expérience 2 Observations
Un précipité blanc apparaît.
1. Ionisons les réactifs:
BaCl2 (aq) Na2SO4 (aq)
Ba2+ (aq) + 2Cl- (aq) 2Na+ (aq) + SO42- (aq)
2. Quels sont les ions qui, en s'associant, peuvent former un précipité ? (Consulte le tableau de solubilité)
Seuls les ions Ba2+ (aq) et SO42-(aq) peuvent s'associer pour former le précipité de
BaSO4.
Quant aux ions Na+ (aq) et Cl- (aq), ils sont inactifs dans cette réaction (ions spectateurs).
Association d'ions: Ba2+ (aq) + SO42- (aq) →→→→ BaSO4 (s)
3. Quelles sont les équations ioniques et moléculaires du phénomène ?
Eq. ionique:
Ba2+ (aq) + 2Cl- (aq) + 2Na+ (aq) + SO42- (aq) → 2Na+ (aq) + 2Cl- (aq) + BaSO4 (s)
Eq. moléculaire: BaCl2 (aq) + Na2SO4 (aq) → 2NaCl (aq) + BaSO4 (s)
Na2SO4 (aq)
BaCl2 (aq)
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Expérience 3 Observations
Le bleu de bromothymol, bleu au
départ, vire au vert.
Comme le BB vire au vert, le milieu devient donc NEUTRE.
1. Ionisons les réactifs:
NaOH (aq) HCl (aq)
Na+ (aq) + OH- (aq) H+ (aq) + Cl- (aq)
2. Quels sont les ions qui, en s'associant, peuvent former de l'eau ?
Seuls les ions OH- (aq) et H+ (aq) peuvent s'associer pour former H2O.
Quant aux ions Na+ (aq) et Cl- (aq), ils sont inactifs dans cette réaction (ions spectateurs).
Association d'ions: OH- (aq) + H+ (aq) →→→→ H2O (l)
3. Quelles sont les équations ioniques et moléculaires du phénomène ?
Eq. ionique:
Na+ (aq) + OH- (aq) + H+ (aq) + Cl- (aq) → Na+ (aq) + Cl- (aq) + H2O (l)
Eq. moléculaire: NaOH (aq) + HCl (aq) → NaCl (aq) + H2O (l)
HCl (aq)
NaOH (aq) + bleu de bromothymol
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CONCLUSION
EQUATIONS DES REACTIONS NON-REDOX EN SOLUTION AQUEU SE
VOLATILISATION PRECIPITATION NEUTRALISATION
S2- (aq) + 2H+ (aq) →→→→ H2S (g)
CO32- (aq) + 2H+ (aq) →→→→ [H2CO3 (aq)]
[H2CO3 (aq)] →→→→ H2O (l) + CO2 (g)
SO32- (aq) + 2H+ (aq) →→→→ [H2SO3
(aq)]
[H2SO3 (aq)] →→→→ H2O (l) + SO2 (g)
NH4+ (s) + OH- (aq) →→→→ [NH4OH (aq)]
[NH4OH (aq)] →→→→ H2O (l) + NH3 (g)
M+ (aq) + R- (aq) →→→→ MR (s)
M'-
R- = M'O-
OH-
Ag+ (aq) + Cl- (aq) →→→→ AgCl (s)
Ba2+ (aq) + SO42- (aq) →→→→ BaSO4 (s)
Cu2+ (aq) + 2 OH- (aq) →→→→ Cu(OH)2 (s)
(voir annexe II)
OH- (aq) + H+ (aq) →→→→ H2O (l)
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CONNAISSANCE CONSTRUITE (fiches 49 à 52) SEIZIEME SEQUENCE : LA REACTION CHIMIQUE - LES REACTIONS REDOX ET NON REDOX
48. Les réactions chimiques peuvent être classées en deux catégories :
• réactions avec variation de N.O.: OXYDOREDUCTIONS ou REDOX;
• réactions sans variation de N.O.: REACTIONS NON-REDOX.
49. Les réactions rédox en solution aqueuse
• une oxydation est une perte d'électron(s);
• une réduction est un gain d'électron(s);
• une oxydoréduction est une réaction au cours de laquelle il y a
transfert d'électron(s) d'un réducteur vers un oxydant;
• un oxydant est un accepteur électron(s);
• un réducteur est un donneur électron(s);
• Exemple :
� Ox.: 2 I- (aq) →→→→ I2(aq) + 2e-
� Red. : Cl2 (aq) + 2e- →→→→ 2 Cl- (aq)
� Rédox : Cl2 (g) + 2 I- (aq) →→→→ I2 (aq) + 2 Cl
- (aq)
50. Les réactions non rédox en solution aqueuse
• Les réactions non-rédox résultent d'associations d'ions.
• Elles se répartissent en 3 catégories:
VOLATILISATION PRECIPITATION NEUTRALISATION
S2- (aq) + 2H+ (aq) →→→→ H2S (g)
CO32- (aq) + 2H+ (aq) →→→→ [H2CO3 (aq)]
[H2CO3 (aq)] →→→→ H2O (l) + CO2 (g)
SO32- (aq) + 2H+ (aq) →→→→ [H2SO3 (aq)]
[H2SO3 (aq)] →→→→ H2O (l) + SO2 (g)
NH4+ (s) + OH- (aq) →→→→ [NH4OH (aq)]
[NH4OH (aq)] →→→→ H2O (l) + NH3 (g)
M+ (aq) + R- (aq) →→→→ MR (s)
M'-
R- = M'O-
OH-
Ag+ (aq) + Cl- (aq) →→→→ AgCl (s)
Ba2+ (aq) + SO42- (aq) →→→→
BaSO4 (s)
Cu2+ (aq) + 2 OH- (aq) →→→→ Cu(OH)2 (s)
(voir annexe II)
OH- (aq) + H+ (aq) →→→→ H2O (l)
2e-
I -est le réducteur;
Cl2 est l'oxydant.
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Information exclusivement destinée au professeur Annexe I - Charge formelle
Quelques définitions
• Charge partielle: fraction de charge induite par la polarisation des liaisons.
• Charge formelle: charge d'un atome quand toutes les liaisons auxquelles il participe sont considérées comme homopolaires (voir ci-après).
• Charge fictive (N.O.): charge d'un atome quand toutes les liaisons polarisées auxquelles il participe sont considérées comme ioniques.
Règle de calcul pratique de la charge formelle charge formelle = nombre d'e - de valence de l'atome libre - nombre d'e - de l'atome si on lui attribue un électron de chaque li aison.
Exemples:
• Charge formelle de O dans H2O = 6 - 6 = 0
• Charge formelle de O dans H3O+ = 6 - 5 = +1
• Charge formelle de N dans NH4+ = 5 - 4 = +1
• Charge formelle de N dans N2O5 = 5 - 4 = +1
Charge formelle de O (liaison double) = 6 - 6 = 0
Charge formelle de O (liaision simple) = 6 - 7 = -1
Charge formelle de O (2 liaisons simples) = 6 - 6 = 0
O O N N O O O
+ + - -
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• Charge formelle de N dans NO3- = 5 - 4 = +1
Charge formelle de O (liaison double) = 6 - 6 = 0
Charge formelle de O (liaision simple) = 6 - 7 = -1
• Charges formelles dans O3:
Charge formelle de O (1) = 6 - 6 = 0
Charge formelle de O (2) = 6 - 5 = +1
Charge formelle de O (3) = 6 - 7 = -1
O N O O
- - +
O O O
- +
O O O
- +
ou (1)
(2) (3)
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Information destinée à l'élève Annexe II - Solubilité des com posés dans l'eau
NH4+ Li+ Na+ K+ Mg2+ Ca2+ Ba2+ Al 3+ Cu2+ Fe2+ Fe3+ Ni2+ Zn2+ Hg2+ Ag+ Sn2+ Pb2+
NO3- s s s s s s s s s s s s s s s s s
Cl- s s s s s s s s s s s s s s I s I
Br - s s s s s s s s s s s s s I I s I
I- s s s s s s s s s s - s s I I s I
SO42- s s s s s I I s s s s s s - I s I
SO32- s s s s I I I - - I - - I - I - I
S2- s s s s - - - - I I - I I I I I I
CO32- s I s s I I I - - I - I I - I - I
OH- s s s s I I s I I I I I I I - I I
PO43- s s s s I I I I I I I I I I I - I
Légende
s
soluble
I
peu soluble
-
se décompose ou n'existe pas
CATIONS ANIONS