Atomes,
molécules et ions
La théorie atomique de Dalton (1808)
• Les éléments sont formés de
particules extrêmement petites,
appelées atomes. Tous les
atomes d’un élément donné sont
identiques entre eux. Les
atomes d’un élément sont
différents de ceux de tous les
autres éléments.
• Les composés sont formés de
plus d’un élément. Dans tout
composé, le rapport entre le
nombre d’atomes de deux
éléments est soit un nombre
entier, soit une fraction simple.
La théorie atomique de Dalton (1808)
• Une réaction chimique n’est que la
séparation, la combinaison, ou le
réarrangement d’atomes; elle
n’entraîne ni la destruction, ni la
création d’atomes.
• N.B. Dalton ne connaissait pas la
structure de l’atome (i.e., éléctrons,
protons, neutrons, noyau, etc.)
– Dalton imaginait l’atome
petit et indivisible
La théorie atomique de Dalton (1808)
• le travail de Dalton a expliqué
quelques observations empiriques
– la loi des proportions définies
– la loi des proportions multiples
– la loi de la conservation de la
masse
La structure de l’atome: l’électron
• avec un tube à rayon
cathodique, on a prouvé
l’existence d’une particule
subatomique possédant une
charge négative, l’électron
• Thomson a établi le rapport
charge/masse de l’électron
1.76 x 10 C/g
masse
charge 8
La structure de l’atome: l’électron
• Millikan a établi la charge de
l’électron au début de 1900
charge = -1.60 x 10-19 C
• avec l’aide du travail de
Thomson, Millikan a déduit la
masse de l’électron
9.09 10 g
g
1.76 10 C
1.60 10 C
masse
charge
charge
masse
2 8
8
1 9
La radioactivité
• radioactivité: l’émission spontanée de
particules et/ou de radiation
• trois types de rayons produits par la
désintégration de substances radioactives:
– rayons/particules a (noyaux d’He)
– rayons/particules b (électrons)
– rayons g (rayons à haute énergie, pas
de charge)
La structure de l’atome: le proton et le noyau
• avant 1910, le modèle “plum
pudding” de Thomson pour l’atome
était le modèle le plus populaire
• dans ce modèle, les (petits)
électrons sont dispersés dans une
sphère beaucoup plus grande de
matière uniforme et positive
– “logique” considérant la petite
masse de l’électron
La structure de l’atome: le proton et le noyau
• Rutherford a bombardé des minces
feuilles d’or avec des particules a
• selon le modèle “plum pudding”, les
particules a passeraient à travers sans
que leurs trajectoires ne soient
beaucoup affectées
• cependant, quelques particules ont vu
leurs trajectoires grandement
perturbées
La structure de l’atome: le proton et le noyau
• dans l’expérience de Rutherford, les déviations sont le résultat
d’énormes répulsions
• parce que les particules a sont chargées positivement, la charge
positive doit être concentrée dans un très petit et massif noyau, au
centre de l’atome (environ 10-13 du volume de l’atome, mais presque
100% de la masse)
• les charges positives qui se situent dans le noyau sont des protons
• la charge du proton est la même que celle de l’électron, mais de signe
contraire (i.e., positive)
• la masse du proton est 1.67252 x 10-24 g (environ 1840 fois celle de
l’électron)
La structure de l’atome: le neutron
• avant 1932, un grand mystère était le fait que l’H avait un
proton alors que l’He en avait deux, tout en étant quatre
fois plus massif!
• plusieurs devinaient l’existence du neutron, mais c’est
Chadwick qui l’a découvert en 1932
• le neutron n’a pas de charge et est légèrement plus massif
que le proton (1.67493 x 10-24 g pour neutron vs 1.67252 x
10-24 g pour proton )
Numéro atomique, nombre de masse et isotopes
• numéro atomique: le nombre de protons contenus dans le noyau de
chaque atome d’un élément
• nombre de masse: le nombre total de neutrons et de protons contenus
dans le noyau d’un atome
• tous les atomes d’un élément ont le même nombre de protons mais pas
nécessairement le même nombre de neutrons
• on appelle isotopes les atomes qui ont le même numéro atomique, mais
des nombres de masse différents
Numéro atomique, nombre de masse et isotopes
• afin d’identifier un isotope, on utilise la notation où A est le nombre de
masse, Z est le numéro atomique et X est l’élément en question
• les isotopes d’un élément ont essentiellement la même chimie car le nombre de
neutrons a peu d’influence sur la chimie d’un élément
• on utilise le nombre de masse pour identifier les isotopes (ex.; est uranium
235 et est uranium 238)
• l’hydrogène a trois isotopes (seulement cet élément a des noms spéciaux pour
ces isotopes)
• : hydrogène
• : deutérium
• : tritium
X
A
Z
H
1
1
H
2
1
H
3
1
U
235
92 U
238
92
Le tableau périodique
• tableau dans lequel sont regroupés les
éléments ayant des propriétés chimiques
et physiques similaires
• les rangées horizontales sont appelées
périodes
• les colonnes verticales sont appelées
groupes (ou familles)
• trois catégories d’éléments
– métal (bon conducteur)
– non-métal (mauvais conducteur)
– métalloïde (entre métal et non-métal)
Les molécules et les ions
• une molécule est un assemblage d’au moins deux atomes maintenus
ensemble, dans un arrangement déterminé, par des forces chimiques
• un ion est un atome ou une molécule qui a gagné ou perdu des
électrons
– cation: ion de charge positive
– anion: ion de charge négative
• un composé ionique est un composé de cations et d’anions
– ex.; NaOH(s) est un ensemble de Na+ et OH- et on n’a pas de
molécule de NaOH distincte
Les formules chimiques
• formule moléculaire: indique le nombre exact d’atomes de chaque
élément contenus dans la plus petite unité d’une
substance
• formule empirique: indique dans quel rapport de nombres entiers se
trouvent les éléments présents dans une molécule
• ex.; le peroxyde d`hydrogène est une molécule qui contient deux
atomes d’oxygène et deux atomes d’hydrogène
• sa formule moléculaire est H2O2
• sa formule empirique est HO
• pour plusieurs molécules, les formules moléculaire et empirique sont
identiques (ex.; H2O)
Les formules chimiques
• pour un composé ionique, on n’a pas de
molécules distinctes, donc on utilise
leur formule empirique pour les
identifier
• dans la figure, chaque Na+ est associé
avec six Cl-
, chaque Cl- est associé
avec six Na+
, et le tout est
électriquement neutre
• d’autres composés ioniques peuvent
avoir des structures différentes et des
charges différentes (tant que le cristal
demeure électriquement neutre)
– ex.; Al3+ et O2-
forme Al2O3
La nomenclature des composés
inorganiques: les composés ioniques
• pour les composés ioniques, on nomme d’abord l’anion suivi du cation
• l’anion ou le cation est parfois polyatomique
– ex.; NH4
+
: ammonium CO3
2-
: carbonate
OH-
: hydroxide PO4
3-
: phosphate
NO3
–
: nitrate SO4
2-
:sulfate
NO2
–
: nitrite SO3
2-
:sulfite
• ex.; KBr : bromure de potassium ZnI2
: iodure de zinc
Al2O3
:oxyde d’aluminium NaOH: hydroxyde de sodium
KCN : cyanure de potassium NH4Cl: chlorure d’ammonium
La nomenclature des composés
inorganiques: les composés covalents
• les composés covalents sont formés de molécules distinctes
• pour un composé covalent binaire, on nomme en premier le
deuxième élément de la formule
– ex.; HCl : chlorure d’hydrogène
NO : oxyde d’azote
SiC : carbure de silicium
La nomenclature des composés
inorganiques: les composés covalents
• lorsque deux éléments forment plusieurs composés, on utilise
des préfixes d’origine grecque pour spécifier le nombre
d’atomes de chaque élément
– ex.; CO : monoxyde de carbone
CO2
: dioxyde de carbone
NO2
: dioxyde d’azote
N2O4
: tétroxyde de diazote
• beaucoup de composés covalents contenant l’hydrogène sont
appelés par leur nom commun
– ex.; B2H6
: diborane CH4
: méthane
NH3
: ammoniac H2O : eau
SiH4
:silane PH3
: phosphine
La nomenclature des composés
inorganiques: les acides et les bases
• une définition d’acide est : une substance qui libère H+ une fois
dissoute dans l’eau
• si l’acide n’est pas un oxacide, i.e., ne contient pas d’oxygène,
on remplace le suffixe “ure” par le suffixe “hydrique”
– ex.; HF : acide fluorhydrique
HI : acide iodhydrique
H2S : acide sulfhydrique
• N.B. HCl(g) est le chlorure d’hydrogène, mais une fois dissous
dans l’eau, il libère H+ et devient l’acide chlorhydrique
La nomenclature des composés
inorganiques: les acides et les bases
• pour un oxacide (formule générale HmXOn
) il arrive souvent qu’il y ait
plusieurs valeurs de n possible pour chaque élément X, et dans une telle
série,
– il y a toujours un acide dans la série qui termine en “ique”
– l’ajout d’un autre atome d’oxygène produit l’acide “per…ique”
– le retranchement d’un atome d’oxygène produit l’acide “eux”
– le retranchement d’un deuxième atome d’oxygène produit l’acide
“hypo…eux”
La nomenclature des composés
inorganiques: les acides et les bases
• ex.; H2CO3
: acide carbonique
HNO3
: acide nitrique
HNO2
: acide nitreux
H2SO4
: acide sulfurique
H2SO3
: acide sulfureux
HClO4
: acide perchlorique
HClO3
: acide chlorique
HClO2
: acide chloreux
HOCl : acide hypochloreux
La nomenclature des composés
inorganiques: les acides et les bases
• lorsque un oxacide perd tous ses H+ pour produire un oxanion
– l’acide “ique” produit l’anion “ate”
• ex.; ClO4
–
: perchlorate
ClO3
–
: chlorate
– l’acide “eux” produit l’anion “ite”
• ex.; ClO2
–
: chlorite
OCl-
: hypochlorite
• lorsque tous les H+ ne sont pas encore perdus, on doit spécifier le nombre de
H présents
– ex.; H3PO4
: acide phosphorique
H2PO4
–
: dihydrogénophosphate
HPO4
2-
: hydrogénophosphate
PO4
3-
: phosphate