Éléments, atomes, classification des éléments

Composition des atomes et ions
 
1. Compléter le tableau suivant

Exercice 1

$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|} \hline \text{Atomes ou ions }&Ar&Si&Mg^{2+}&S^{2-}&Na^{+}\\ \hline \text{Symbole du noyau }&40&29&25&32&23\\ &Ar&\text{Si }&Mg&S&Na\\ &18&14&12&16&11\\ \hline \text{Nombre de protons }&&&&&\\
\hline \text{Nombre de neutrons }&&&&&\\ \hline \text{Nombre d’électrons }&&&&&\\ \hline \end{array}$

2. Compléter le tableau suivant

$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|} \hline\text{Atomes ou ions }&Cu&O&A1^{3+}&&Ag&&Mg^{2+}&Li^{+}\\ \hline\text{Nom }&&&&\text{Ion chorure }&\text{Argent }&\text{Soufre }&&\text{Ion lithium}\\ \hline A&64&&&&108&&24&\\ \hline Z&29&8&&&47&16&&\\ \hline \text{Nombre de protons }&&&&17&&&12&\\ \hline \text{Nombre de neutrons }&&8&&20&&16&&\\ \hline \text{Nombre d’électrons}&&&&&&&&\\ \hline \end{array}$

Exercice 2

1. Donner l'expression littérale de la masse exacte $'m'$ d'un ion magnésium (sans la calculer)

2. Calculer  le rapport $'r'$ entre la masse d'un nucléon et la masse d'un électron.

Conclusion ?

3. Calculer la masse $r'$ approchée de l'ion magnésium

4. Calculer la charge globale q de l'ion.

5. Combien d'atomes $N$ contient une masse $m=1t$ de magnésium ?

Données: $m_{p}=m_{n}=1.7\cdot 10^{-27}\,kg$

masse de l'électron : $m_{e}=9.1\cdot 10^{-31}\,kg$, charge élémentaire :

$e=1.6\cdot 10^{-19}C$

Exercice 3

1. Donner la formule électronique des atomes représentés ci-dessous :

$4_{2}He$ ;    $10_{4}Be$    ;    $14_{7}N$    ; $24_{12}Mg$

2. L'atome de silicium possède 14 électrons.

2. 1 Donner sa formule électronique.

2. 2. Quelles sont les couches externes et internes ?

2. 3. Dénombrer les électrons de la couche externe.

3. La formule électronique d'un atome est  $(K)^{2}(L)^{8}(M)^{1}$

3.1. Combien d'électrons renferme cet atome ?

3.2. Quelle est la couche externe de cet atome ?

Combien d'électrons renferme-t-elle ?

3.3. Quelles sont les couches internes ?

3.4. Préciser la valence de chaque élément

4. L'ion oxyde $02^{-}$ possède $10$ électrons.

4. 1. Donner sa formule électronique.

4.2. Quelles sont les couches externe et interne ?

4.3. Dénombrer les électrons de la couche externe

Exercice 4

La formule électronique d'un atome est:

$(K)^{2}$ $(L)^{8}$ $(M)^{7}$

Quel est le nom de la couche externe de cet atome?

2. Combien d'électrons externes cet atome possède-t-il?

3. Donner le symbole de son noyau sous la forme, sachant que l'élément correspondant est le chlore et que son noyau comporte $18$ neutrons.

4. Donner la composition de cet atome.

5. Quel est la masse de cet atome ?

Données : Masse du proton =masse du neutron = $1.67\cdot 10^{-27}kg$ ; masse de l'électron = $9.10\cdot 10^{-31}kg$

6. Quel ion cet atome est-il susceptible de donner et pourquoi ? Énoncer la loi utilisée et donner la structure électronique de cet ion

Exercice 5

1. Un atome quelconque  a pour formule $_{Z}^{A}X$

1.1. Donner l'expression littérale de la masse exacte d'un atome quelconque de formule $Cl^{\dfrac{37}{17}}$

1.2. Déterminer avec $3$ chiffres significatifs la masse de l'ion chlorure de formule :

Données : $m$ (proton) = $m$ (neutron)$=1.67\cdot 10^{^{-27}}\,kg$ ; $m$(électron) $9.10\cdot 10^{-31}\,kg$

2. La masse du noyau d'un atome  $Y$ est $m=40.1\cdot 10^{-27}.$

Sa charge totale est égale à $q=+17.6\cdot 10^{-19}C.$

2.1. Déterminer son numéro atomique $Z$ et son nombre d'électrons.

2.2. Déterminer son nombre de nucléon ou nombre de masse et en déduire son nombre de neutrons.

2.3. Déterminer le nombre d'atome $N$ contenu dans $80.2\,g$ de matière $Y.$

Le calcul doit se faire de tête !

Exercice 6

Soit un atome de fluor $F$ caractérisé par les nombres $Z=9$ et $A=19$

1. Préciser sa composition et donner le symbole de son noyau.

2. Calculer le rapport $r$ entre la masse d'un nucléon et celle d'un électron.

Quelle conclusion en tirez-vous ?

3. Calculer la masse approchée de l'atome ?

4. Quelle est la structure électronique et la formule électronique de l'atome ?

5. Calculer la charge électrique $q$ du noyau.

6. En déduire la charge $q'$ du cortège électronique.

Données : $m_{\text{nucléon }}=1.67\cdot 10^{-27}$ ; charge élémentaire $e=1.6\cdot 10^{-19}C$

Exercice 7

Le carbone est le constituant essentiel de la matière vivante.

Il est présent dans toutes les molécules organiques.

Un atome de carbone, de symbole $C$, a $12$ nucléons dans son noyau.
 
La charge électrique de son nuage électronique est $q=-6e.$

1. Pourquoi peut-on dire que le noyau contient 6 protons ? Justifier.

2. Exprimer puis calculer la charge de son noyau.

3. Donner le symbole de son noyau.

4.  Énoncer les règles de remplissage des électrons sur les couches électroniques puis donner la structure électronique de l'atome de carbone.

5. Calculer la valeur approchée de la masse de l'atome de carbone $(2\text{chiffres significatifs)}.$

Données : $m_{p}=m_{n}=1.7\cdot 10^{-27}\,kg$ , masse de l'électron : $m_{e}=9.1\cdot 10^{-31}\,kg$ charge élémentaire : $e=1.6\cdot 10^{-19}C$

6. Pourquoi peut-on dire que la masse de l'atome est quasiment la même que celle du noyau de l'atome? Justifier votre réponse par un calcul.
 
7. L'atome de carbone peut être représenté par une «sphère» de rayon $R=67\,pm$

Calculer le rayon $r$ de son noyau.

8. Donner le nombre d'atomes de carbone contenus dans un échantillon de masse  $m=1.00\,g$

Exercice 8

$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|} \hline H&&&&&&&He\\ \hline L_{i}&Be&B&C&N&O&F&Ne\\ \hline Na&M_{g}&A1&Si&P&S&C1&Ar\\ \hline \end{array}$

1. Donner le nom et le symbole des deux premiers éléments de la $6^{\text{ème}}$ colonne (tableau simplifié).

2. Combien d'électrons externes possèdent-ils ?

3. Combien de liaisons covalentes peuvent-ils réaliser ?

4. Donner le nom et la formule des ions qu'ils peuvent former.

5. A quelle colonne appartient l'élément carbone ?

6. Compléter le tableau (nom et formule électronique de chaque élément)

Exercice 9

1. On considère les atomes suivants caractérisé par le couple $(Z\ A)$ :

$(7\;,14)$ ; $(4\;,9)$ ; $(16\;,31)$ ; $(8\;,16)$ ; $(7\;,15)$ ; $(8\;,17)$ ; $(16\;,32)$ ; $(8\;,18)$

1.1. Donner la signification de $A$ et $Z.$

1.2. Combien d'éléments chimiques sont représentés ? Donner leurs noms.

1.3.  Représenter les différents noyaux de ces éléments.

1.4. Indiquer les noyaux isotopes du même élément chimique après avoir donné la définition du mot isotope.

2. Un atome $X$ dont le noyau contient $14$ neutrons a une charge totale égale à $2.08\cdot 10^{-18}C$

2.1. Quel est son numéro atomique et son nombre de masse.

2.2. Combien d'électrons cet atome a-t-il ? Justifier.

2.3. Donner sa place dans le tableau de la classification périodique puis son schéma de Lewis.

2.4. Quel atome a tendance à donner ?

3. Le métal $X$ a une masse volumique égale à $2.07\cdot 10^{3}\,kg/m^{3}$

Combien d'atomes peuvent contenir un dé  cubique de $1\,cm$ de côté de métal $X$?
Données :
La charge élémentaire $e=1.6\cdot 10^{-19}C$
La masse d'un proton est sensiblement égale à celle du neutron $mp≈mn=1.67\cdot 10^{-27}\,kg$

N.B : la masse des électrons est supposée négligeable devant celles des protons et des neutrons.

Exercice 10

1. L'atome de Bismuth de symbole $Bi$ contient $209$ nucléons et la charge de son noyau vaut :
$q=1.33\cdot 10^{-17}C$

1.1. Déterminer le numéro atomique et le nombre de neutrons du noyau de bismuth.

1.2. En déduire le symbole du noyau du bismuth.

1.3. Calculer la masse de cet atome.

2. Le noyau de Phosphore $P$ de charge $q=2.40\cdot 10^{-18}C$ contient $31$ nucléons.

2.1. Calculer $Z$ le numéro atomique de phosphore, et donner le symbole de son noyau.

2.2. Calculer la masse de cet atome.

3. Les rayons de bismuth et de phosphore sont $r Bi=146\,pm$ et $rP=106\,pm.$

Et on rappelle que le rayon de l'atome de phosphore est $105$ fois plus grand que le rayon de son noyau.

Si on représente le noyau de phosphore par une sphère de diamètre $d=5\,mm$ déterminer le rayon de l'atome de bismuth et le rayon de phosphore.

4. Donner la s formule électronique de phosphore.