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Distinguer les atomes, les molécules et les ions

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Objectifs

Distinguer une molécule, un atome et un ion.
Savoir interpréter et déterminer la formule d’une molécule ou d’un ion.
Distinguer anion et cation.

Points clés

Un atome est électriquement neutre car le nombre d’électrons est égal au nombre de protons.
Un atome qui a perdu des électrons est un ion monoatomique positif, appelé cation.
Un atome qui a gagné des électrons est un ion monoatomique négatif, appelé anion.
Une molécule est un assemblage d’atomes.
Elle est électriquement neutre.
La formule chimique d’une molécule indique le symbole et le nombre des atomes qui la constituent.

Toute matière est constituée d’un très grand nombre d’entités.
Ces entités sont des atomes, des molécules ou des ions.

1. L'atome

Toute matière est constituée à partir d’une infinité d’atomes.

Un atome est constitué d’un noyau, qui contient des protons (chargés +) et des neutrons (non chargés), autour duquel gravitent des électrons (chargés –).

Dans tous les atomes, le nombre de protons est toujours égal au nombre d’électrons car l’atome est électriquement neutre.

C’est le nombre de protons qui différencie deux atomes.

Chaque atome possède un nom et un symbole, répertoriés dans la classification périodique des éléments (ou tableau de Mendeleïev).

Classification périodique des éléments

Remarque
La classification actuelle regroupe 118 atomes, dont 94 qui existent à l’état naturel sur Terre. Les autres atomes sont créés artificiellement en laboratoire et ont parfois une durée de vie très courte (de l’ordre de la microseconde : 10^–⁶ s).

Exemples
Le symbole du carbone est C, celui du chlore est Cl.

2. Les ions

Un atome ou un groupement d’atomes a tendance à perdre ou gagner des électrons pour adopter la configuration la plus adaptée.

Un atome ou un groupement d’atomes qui a gagné un ou plusieurs électrons sur sa couche externe est un ion chargé négativement, appelé anion.

Un atome ou un groupement d’atomes qui a perdu un ou plusieurs électrons est un ion chargé positivement appelé cation.

Remarque - Des moyens mnémotechniques :

positif ou plus commence par la lettre P comme perdu ;
« cation » a plus (+) de lettres que « anion ».

Les ions formés à partir d’un seul atome sont des ions monoatomiques, tandis que ceux formés à partir de plusieurs atomes sont des ions polyatomiques. Le nombre d’électrons perdu(s) ou gagné(s) constitue la charge de l’ion.

Exemples

L’atome de sodium Na perd un électron et forme ainsi l’ion positif appelé sodium Na⁺ (cation). C’est un ion monoatomique.
L’ion sulfate est un groupement d’atomes de soufre et d’oxygène qui a gagné 2 électrons. C’est un ion polyatomique.

3. Les molécules

Une molécule est l’association de plusieurs atomes.

a. La formule chimique d'une molécule

On attribue une formule brute à chaque molécule.

Une formule brute renseigne sur la composition atomique d’une molécule : elle permet de savoir de quels atomes la molécule est constituée et en quelle quantité.

Une molécule est électriquement neutre.

Principe

Une formule brute est écrite à partir du symbole de chaque sorte d’élément chimique présent dans la molécule.
Les symboles des atomes sont dans l’ordre alphabétique, à l’exception des symboles C et H qui sont toujours placés dans cet ordre et en début de formule.
Il faut ajouter un indice. Cet indice est un nombre, noté en bas à droite du symbole de l’atome, qui indique le nombre de chaque sorte d’atome.

Exemples

La molécule d’eau est constituée de deux atomes d’hydrogène (symbole H) et d’un atome d’oxygène (symbole O).

La formule brute de l’eau est donc H₂O.

L’élément H est suivi de l’indice 2, donc chaque molécule d’eau comporte deux atomes d’hydrogène.

L’élément O n’est suivi d’aucun indice, donc chaque molécule d’eau comporte un atome d’oxygène.

La formule chimique de l’eau
La molécule de butane a pour formule brute C₄H₁₀.
Elle est constituée de 4 atomes de carbone et de 10 atomes d’hydrogène.

Remarque
Le nom d’une molécule permet parfois de connaitre sa composition et donc de déterminer sa formule brute.

Dans la molécule de dioxygène par exemple, le préfixe « di » signifie deux. Une molécule de dioxygène est donc composée de deux atomes d’oxygène et sa formule brute est O₂.

b. Le modèle moléculaire

Les molécules peuvent être modélisées à l’aide de sphères colorées : c’est le modèle moléculaire.

Dans les modèles moléculaires, chaque atome est modélisé par une boule de couleur.