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De l'atome aux ions

Troisième · Physique-Chimie · Organisation et transformations de la matière

Organisation et transformations de la matière

L'atome : structure et constituants

Toute la matière qui t'entoure — l'air, l'eau, ton stylo, toi — est faite d'atomes. Il en existe une centaine de sortes différentes, et tout le reste n'est qu'un assemblage. Comprendre l'atome, c'est comprendre pourquoi la matière se comporte comme elle le fait.

Les trois particules à connaître

ParticuleOù ?Charge électriqueMasse
ProtonDans le noyauPositive (+)Grande
NeutronDans le noyauNulle (neutre)Grande
ÉlectronAutour du noyauNégative (−)Très petite (négligeable)

Deux conséquences importantes de ce tableau :
1. Presque toute la masse de l'atome est concentrée dans le noyau, puisque les électrons sont beaucoup trop légers pour compter.
2. Le noyau est chargé positivement (protons + neutrons neutres), et le nuage d'électrons est chargé négativement.

Un atome, c'est surtout du vide

Le noyau est environ 100 000 fois plus petit que l'atome entier. Si l'atome avait la taille d'un stade de football, le noyau serait une bille posée au centre du terrain, et les électrons tourneraient dans les tribunes. Entre les deux : rien. On dit que la structure de l'atome est lacunaire.

Organisation et transformations de la matière

Des atomes aux ions

Un atome peut gagner ou perdre un ou plusieurs électrons. Il n'est alors plus neutre : il devient un ion. Le noyau, lui, ne change jamais — seuls les électrons bougent.

Les ions à connaître par cœur

Nom de l'ionFormuleTypeFormé à partir de
Ion hydrogèneH+CationL'atome H a perdu son unique électron
Ion sodiumNa+CationL'atome Na a perdu 1 électron
Ion cuivre IICu2+CationL'atome Cu a perdu 2 électrons
Ion fer II / fer IIIFe2+ / Fe3+CationsL'atome Fe a perdu 2 ou 3 électrons
Ion chlorureCl−AnionL'atome Cl a gagné 1 électron
Ion hydroxydeHO−AnionGroupe d'atomes portant 1 charge −

Les solutions ioniques

Quand on dissout du sel (chlorure de sodium) dans l'eau, on obtient une solution ionique contenant des ions Na+ et des ions Cl−. Cette solution conduit le courant électrique : ce sont les ions, chargés et libres de se déplacer, qui assurent le passage du courant (dans un métal, ce sont les électrons libres).
Toute solution ionique est électriquement neutre : il y a autant de charges positives que de charges négatives. Dans une solution de chlorure de cuivre II, pour 1 ion Cu2+ il faut donc 2 ions Cl−.

Exercices corrigés

  1. Quelles particules trouve-t-on dans le noyau d'un atome ?

    • A.Des protons et des électrons
    • B.Des protons et des neutronsBonne réponse
    • C.Des neutrons et des électrons
    • D.Uniquement des électrons

    Réponse : B — Des protons et des neutrons

    Le noyau contient les protons (chargés positivement) et les neutrons (neutres). Les électrons, eux, se déplacent AUTOUR du noyau : ils n'y sont jamais. Retiens l'image : le noyau est le centre lourd, les électrons sont le nuage léger autour.

  2. Pourquoi un atome est-il électriquement neutre ?

    • A.Parce qu'il ne contient aucune charge électrique
    • B.Parce qu'il contient autant de neutrons que de protons
    • C.Parce que les électrons sont enfermés dans le noyau
    • D.Parce qu'il contient autant de protons que d'électronsBonne réponse

    Réponse : D — Parce qu'il contient autant de protons que d'électrons

    L'atome contient bien des charges, mais elles se compensent : autant de charges positives (protons) que de charges négatives (électrons). Le nombre de neutrons n'a rien à voir avec la neutralité électrique, puisque le neutron ne porte aucune charge.

  3. Quelle est la formule de l'ion cuivre II ?

    • A.Cu+
    • B.Cu2−
    • C.Cu2+Bonne réponse
    • D.C2+

    Réponse : C — Cu2+

    L'ion cuivre II s'écrit Cu2+ : le symbole du cuivre est Cu, il a perdu 2 électrons donc il porte 2 charges positives. Le « II » du nom correspond justement à ces 2 charges. C2+ serait un ion carbone : une seule lettre change tout !

  4. Le noyau d'un atome de lithium contient 3 protons et 4 neutrons. Combien cet atome possède-t-il d'électrons ?

    • A.3Bonne réponse
    • B.4
    • C.7
    • D.1

    Réponse : A — 3

    Un atome est neutre : il a autant d'électrons que de protons. Il y a 3 protons, donc 3 électrons. Le piège classique est de répondre 7 (3 + 4) en additionnant protons et neutrons : ce total-là donne une idée de la masse du noyau, pas du nombre d'électrons.

  5. Par rapport à l'atome de sodium, l'ion sodium Na+ possède :

    • A.un électron de plus
    • B.un proton de moins
    • C.un électron de moinsBonne réponse
    • D.un neutron de plus

    Réponse : C — un électron de moins

    La charge + signifie qu'il manque une charge négative : l'atome a perdu 1 électron. Le noyau (protons et neutrons) reste absolument identique lors de la formation d'un ion — seuls les électrons peuvent partir ou arriver.

  6. Comment l'ion chlorure Cl− s'est-il formé ?

    • A.L'atome de chlore a gagné 1 électronBonne réponse
    • B.L'atome de chlore a perdu 1 électron
    • C.L'atome de chlore a gagné 1 proton
    • D.L'atome de chlore a perdu 1 proton

    Réponse : A — L'atome de chlore a gagné 1 électron

    Le signe − indique un excès d'une charge négative : l'atome a donc GAGNÉ un électron. Les deux propositions parlant de protons sont fausses par principe : le noyau n'est jamais modifié quand un ion se forme.

  7. Dans un atome, quelle particule ne porte AUCUNE charge électrique ?

    • A.Le proton
    • B.Le neutronBonne réponse
    • C.L'électron
    • D.Le noyau

    Réponse : B — Le neutron

    Le neutron est neutre, son nom le dit. Attention au piège de la dernière proposition : le noyau, lui, n'est PAS neutre — il contient les protons, donc il est chargé positivement.

  8. Pourquoi une solution de sel dans l'eau conduit-elle le courant électrique ?

    • A.Parce que des électrons libres y circulent, comme dans un métal
    • B.Parce que l'eau pure conduit naturellement le courant
    • C.Parce que les atomes de sel se déplacent vers les électrodes
    • D.Parce qu'elle contient des ions, chargés et libres de se déplacerBonne réponse

    Réponse : D — Parce qu'elle contient des ions, chargés et libres de se déplacer

    Dans une solution ionique, ce sont les ions (Na+ et Cl− ici) qui se déplacent et assurent le passage du courant. C'est la grande différence avec un métal, où le courant est dû aux électrons libres. L'eau pure, elle, conduit très mal le courant.

  9. Une solution de chlorure de cuivre II contient des ions Cu2+ et des ions Cl−. Pour 1 ion cuivre II, combien faut-il d'ions chlorure pour que la solution soit électriquement neutre ?

    • A.3 ions chlorure
    • B.1 ion chlorure
    • C.4 ions chlorure
    • D.2 ions chlorureBonne réponse

    Réponse : D — 2 ions chlorure

    L'ion Cu2+ apporte 2 charges positives. Chaque ion Cl− n'apporte qu'UNE seule charge négative. Il en faut donc 2 pour compenser : 1 × 2+ et 2 × 1− donnent bien un total nul. C'est la même logique que la formule CuCl2.

  10. On verse quelques gouttes de soude dans une solution inconnue : un précipité BLEU apparaît. Quel ion la solution contenait-elle ?

    • A.L'ion fer II
    • B.L'ion fer III
    • C.L'ion cuivre IIBonne réponse
    • D.L'ion zinc

    Réponse : C — L'ion cuivre II

    Le test à la soude donne : bleu pour l'ion cuivre II, vert pour l'ion fer II, rouille pour l'ion fer III et blanc pour l'ion zinc. Le bleu du cuivre est le plus facile à mémoriser — pense à la couleur bleue des solutions de sulfate de cuivre.

  11. On dissout du chlorure de sodium dans l'eau. Quels ions obtient-on ?

    • A.Na+ et Cl−Bonne réponse
    • B.Na− et Cl+
    • C.Na2+ et Cl2−
    • D.NaCl+ uniquement

    Réponse : A — Na+ et Cl−

    Le sodium forme le cation Na+ (il perd 1 électron) et le chlore forme l'anion chlorure Cl− (il gagne 1 électron). Un ion « chlorure » est toujours négatif : la terminaison « -ure » signale un anion. Et une solution ionique contient bien des ions séparés, pas des paires collées.

  12. Une solution électriquement neutre contient 6 ions aluminium Al3+ et des ions chlorure Cl−. Combien contient-elle d'ions chlorure ?

    • A.18 ions chlorureBonne réponse
    • B.6 ions chlorure
    • C.9 ions chlorure
    • D.2 ions chlorure

    Réponse : A — 18 ions chlorure

    Compte les charges positives : chaque Al3+ en apporte 3, donc 6 × 3 = 18 charges positives. Chaque ion chlorure n'apporte qu'une charge négative, il en faut donc 18 pour équilibrer. Le piège est de répondre 6 (autant d'anions que de cations) en oubliant que les charges, et non les ions, doivent se compenser.

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Ce chapitre compte 36 exercices corrigés dans l'application, avec le suivi de ta progression.

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