Fiche de cours

Les différentes formes d'un élément chimique

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Objectifs :
Les éléments chimiques existent à l’état atomique sous plusieurs formes différentes. Ils peuvent également se trouver à l’état ionique.
Pourquoi et comment certaines espèces s'ionisent-elles ?
1. Les ions monoatomiques : cation et anion
a. Définition
Un atome a tendance à perdre ou gagner des électrons pour adopter la configuration la plus adaptée :

• un atome qui a gagné un ou plusieurs électrons sur sa couche externe est un ion monoatomique chargé négativement appelé anion.
• un atome qui a perdu un ou plusieurs électrons est un ion monoatomique chargé positivement appelé cation.

Le nombre d'électrons perdu(s) ou gagné(s) constitue la charge de l’ion.

b. Tests caractéristiques d'identification des quelques ions
• Les ions chlorures : Cl– sont identifiés grâce au nitrate d’argent (AgNO3). Un précipité blanc de chlorure d’argent AgCl apparaît. Ce précipité noircit à la lumière.

• Les cations métalliques : Fe3+, Fe2+, Al3+, Zn2+, Cu2+ sont identifiés grâce à la soude (NaOH). On obtient alors un précipité caractéristique de l’ion :


Fe3+(aq) + HO-(aq) → Fe(OH)3(s) précipité orange
Fe2+(aq) + HO-(aq) → Fe(OH)2(s) précipité vert
Al3+(aq) + HO-(aq) → Al(OH)3(s)
précipité blanc qui
se dissout à nouveau
par excès de soude
Zn2+(aq) + HO-(aq) → Zn(OH)2(s) précipité blanc
Cu2+(aq) + HO-(aq) → Cu(OH)2(s) précipité bleu


2. Les isotopes
Des noyaux possédant le même nombre de protons (numéro atomique Z identique) mais un nombre de neutrons différents (nombre de masse A différent) et issus du même élément chimique sont des noyaux isotopes.

Un même élément chimique c'est-à-dire de même symbole, possède plusieurs formes isotopiques : Exemple :


Élément hydrogène Isotopes
Abondances sur Terre en % 99,98 0,02 traces
Élément carbone Isotopes
Abondances sur Terre en % 99,76 0,04 0,2
Élément uranium Isotopes
Abondances sur Terre en % 99,29 0,71 traces


Dans la classification périodique, l’isotope choisi pour représenter l’élément chimique est celui de l’isotope le plus abondant dans la nature.

Exemples :
Pour l’élément hydrogène, c’est
Pour l’élément carbone, c’est 

Les isotopes possèdent les mêmes propriétés chimiques, car leur structure électronique est identique, mais des propriétés physiques (température de fusion, d’ébullition, etc...) et nucléaires (radioactivité) différentes.
L'essentiel
Un même élément chimique à l’état naturel, peut prendre la forme de noyaux différents appelés noyaux isotopes : Ils ont le même nombre de protons Z mais un nombre de neutrons différents. Ceci constitue les formes isotopiques d’un même élément chimique.

Ils peuvent aussi évoluer vers des formes ioniques :
– cationiques (s’ils perdent un ou plusieurs électrons) : ils sont chargés positivement.
– anioniques (s’ils gagnent un ou plusieurs électrons) : ils sont chargés négativement.

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