Exercice 1 : Les isotopes 1. Remplir le tableau suivant : espèces chimiques neutrons 12 protons 12 structure électronique (K)2 (L)8(M)2 13 12 (K)2 (L)8(M)2 14 12 (K)2 (L)8 2. Ces 3 espèces sont-‐t-‐elles isotopes ?.............. Pourquoi ?..................... Les 2 premières espèces (les atomes) sont isotopes car elles ont même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent. La 3e est un ion ! Font-‐elles partie du même élément chimique ? ……………. Pourquoi ?................. Elles font partie du même élément chimique car elles ont le même numéro atomique. Exercice 2 : Atomes et ions Remplir le tableau suivant : symbole composition de charge structure formule et structure de l'atome l'atome(nombre de électrique ‘q’ électronique de électronique de l'ion qu'il peut protons neutrons et du noyau l'atome donner (si possible) électrons protons : 9 neutrons : 10 électrons : 9 q = Z.e = 9x1,6x10-‐19 q = 1,44x10-‐18 C (K)2 (L)7 F-‐ (K)2 (L)8 protons : 10 neutrons : 10 électrons : 10 q = Z.e = (K)2 (L)8 10x1,6x10-‐19 = 1,6x10-‐18 C protons : 13 neutrons : 14 électrons : 13 q = Z.e = (K)2 (L)8(M)3 -‐19
13x1,6x10 = 2,08x10-‐18 C Al3+ (K)2 (L)8 protons : 16 neutrons : 16 électrons : 16 q = Z.e = (K)2 (L)8(M)6 16x1,6x10-‐19 = 2,56x10-‐18 C S2-‐ (K)2 (L)8(M)8 Donnée : charge électrique élémentaire e=1,6.10-‐19C Exercice 3 : Un réchaud de camping Un réchaud de camping utilise la combustion du propane C3H8 : le gaz réagit avec le dioxygène O2 pour former de l’eau et du dioxyde de carbone. 1) Remplir le tableau suivant : atome nombre de proton nombre de neutron structure nombre d’électron de électronique la couche externe 6 6 (K)2(L)4 4 1 1 (K)1 1 8 8 (K)2(L)6 6 1 /1 /1 /1 /0,5 /0,5 /1 /1 /1 /1 /1 /1 /1 2) Quel ion peut donner l’atome d’oxygène ? …………. L’atome d’oxygène ne possède que 6 électrons sur sa couche externe, il lui en manque 2 il va former l’ion O2-‐ 3) Donner sa structure électronique. ………………….. Sa structure électronique est : (K)2(L)8 4) Calculer le rapport entre la masse d’un atome de carbone et d’un atome d’hydrogène…………….. m(C) 12×m(nucléon) 12
=
=
= 12 m(H)
1×m(nucléon)
1
Donnée : m(nucléon) = 1,67x10-‐27 kg Exercice 4 : L’élément magnésium L’élément magnésium (d’après un article de Wikipedia) Nom, Symbole, Magnésium, Masse volumique : p(Mg) = 1738 kg/m3 Couleur blanc-‐gris métallique Rayon atomique R(atome) = 150 pm Isotopes les plus stables 24Mg : 78,99 % ; 25Mg : 11,01 % ; 26Mg : 10,00 % Données : Masses : m(nucléon) = 1,67x10-‐27 kg ; m(électron) = 9,10x10-‐31 kg; Charges électriques : q(proton) = 1,60x10-‐19 C; q(électron) = -‐1,60x10-‐19 C; Le magnésium est un métal alcalino-‐terreux. C'est le huitième élément le plus abondant de la croûte terrestre, le troisième métal derrière l'aluminium et le fer. C'est aussi le troisième composant des sels dissous dans l'eau de mer. Le nom magnésium provient du nom grec d'un district de Thessalie appelé Magnesia. Cette ville était extrêmement riche en magnésium et ce sous différentes formes. En Angleterre, Joseph Black reconnut le magnésium comme un élément en 1755. Le magnésium, métal possédant de faibles caractéristiques mécaniques, est très léger (un tiers plus léger que l'aluminium); d'aspect blanc-‐argenté, il se ternit légèrement une fois exposé à l'air par formation d'un oxycarbonate. En solution, il forme des ions Mg2+. Les sels de magnésium sont très solubles dans l'eau. Le magnésium est largement employé dans les alliages à base d'aluminium destinés à la déformation plastique, servant à la fabrication de profilés ou des canettes de boissons, qui en consomme des quantités importantes.. Utilisés principalement dans l'aéronautique, les alliages de magnésium commencent à s'étendre dans d'autres secteurs d'activités, notamment dans l'industrie automobile où la politique est actuellement de minimiser le poids des véhicules afin de réduire la consommation en carburant. Différents composés à base de magnésium : la magnésie MgO ; L’hydroxyde de magnésium (Mg(OH)2), chlorure de magnésium (MgCl2) 1) Donner la composition d’un atome de magnésium : ……………. Z = 12 protons 12 électrons A-‐Z = 12 neutrons 2) Donner la structure électronique de cet atome :………………. (K)2(L)8( M)2 4) Donner la structure électronique de l’ion magnésium Mg2+ et expliquer, à l’aide de la question 3, pourquoi il se forme……………. L’ion magnésium est un atome de magnésium qui a perdu deux électrons, il en possède 10. structure électronique : (K)2(L)8 Il perd 2 électrons de manière à avoir 8 électrons sur sa couche externe ce qui lui donne une grande stabilité chimique (règle de l’octet) 5) Quelle est l’intérêt du magnésium dans la construction automobile ?...................... Intérêt d u magnésium dans la construction automobile : légèreté. 6) Le noyau du magnésium ayant un rayon R(noyau) = 1,5x10-‐15 m, calculer le rapport entre le rayon atomique du magnésium et celui de son noyau. ………….. 2 /0,5 /0,5 /1 /0,5 /0,5 /1 /0,25 Le noyau du magnésium ayant un rayon R2 = 1,5x10-‐15 m, Rayon atomique R1 = 150 pm =150 x 10-‐
/0,5 12m=1,5x10-‐10m Rapport entre le rayon atomique du magnésium et celui de son noyau : R2/R1=105=100000 Quelle conclusion peut-‐on en tirer ?.................. /0,25 Le rayon de l’atome est 100000 fois supérieur au rayon de son noyau : la matière a une structure lacunaire. 7) Expliquer pourquoi les espèces suivantes sont isotopes : 24Mg ; 25Mg ; 26Mg………………. /0,5 Ces 3 atomes sont isotopes car ils ont même nombre de proton Z = 12 mais un nombre de neutrons différent, égale respectivement à 12,13 et 14. 8) Ecrire l’expression littérale de la masse d’un atome de magnésium 24Mg puis calculer sa valeur……….. m(Mg) = A.m(nucléon) + Z.m(électron) ≈ A.m(nucléon) /1 m(Mg) = 24x1,67x10-‐27 + 12x9,10x10-‐31 ≈ 24x1,67x10-‐27 m(Mg) = 4,01x10-‐26 kg 9) Calculer la charge totale ‘q’ du noyau de magnésium………….. q = Z.q(proton) /0,5 q = 12x1,60x10-‐19 C q = 1,92x10-‐18 C 3

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