S11 – Comprendre "ce qu'on mesure" en contrôle qualité⚓︎
0️⃣ Entités chimiques : repères indispensables⚓︎
- Atome : entité neutre (ex : Na, Cl)
- Ion : entité chargée (gain/perte d’électrons)
- cation : charge + (ex : Na⁺)
- anion : charge − (ex : Cl⁻)
- Molécule : entité neutre formée d’atomes liés (ex : H₂O, CO₂, Cl₂)
- Composé ionique : association d’ions globalement neutre (ex : NaCl)
Cl2 et CO2 : molécules
NaCl : composé ionique (association d’ions)
1️⃣ Structure de l'atome⚓︎
Composition de l'atome⚓︎
L'atome est le constituant élémentaire de la matière. Il est constitué de :
| Particule | Symbole | Charge | Masse | Localisation |
|---|---|---|---|---|
| Proton | p⁺ | Positive (+) | ≈ 1 u | Noyau |
| Neutron | n | Nulle (0) | ≈ 1 u | Noyau |
| Électron | e⁻ | Négative (−) | ≈ 0 | Autour du noyau |
Structure de l'atome de carbone
Neutralité électrique de l'atome⚓︎
Exemple : L'atome de carbone C possède 6 protons et 6 électrons → charge totale = 0
2️⃣ Tableau périodique et numéro atomique Z⚓︎
Définition⚓︎
Le numéro atomique Z est le nombre de protons contenus dans le noyau d'un atome.
Lecture dans le tableau périodique⚓︎
┌─────────────┐
│ 11 │ ← Numéro atomique Z
│ │
│ Na │ ← Symbole de l'élément
│ │
│ Sodium │ ← Nom de l'élément
│ 23,0 │ ← Masse atomique
└─────────────┘
Exemples⚓︎
| Élément | Symbole | Z | Protons | Électrons |
|---|---|---|---|---|
| Hydrogène | H | 1 | 1 | 1 |
| Carbone | C | 6 | 6 | 6 |
| Oxygène | O | 8 | 8 | 8 |
| Sodium | Na | 11 | 11 | 11 |
| Chlore | Cl | 17 | 17 | 17 |
| Calcium | Ca | 20 | 20 | 20 |
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 📌 À RETENIR : │
│ │
│ Z = nombre de protons = nombre d'électrons │
│ (pour un atome neutre) │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
- Z = nombre de protons
- Dans un atome neutre : Z = nombre d’électrons
3️⃣ Les électrons de valence⚓︎
Les couches électroniques⚓︎
Les électrons sont répartis en couches autour du noyau :
| Couche | Nom | Nombre maximum d'électrons |
|---|---|---|
| 1ère | K | 2 |
| 2ème | L | 8 |
| 3ème | M | 18 |
Règle de remplissage : On remplit les couches dans l'ordre K → L → M.
Définition des électrons de valence⚓︎
Les électrons de valence sont les électrons de la couche externe (la plus éloignée du noyau).
Ce sont eux qui participent aux réactions chimiques et aux liaisons.
Lien avec le tableau périodique⚓︎
Le numéro de la colonne indique le nombre d'électrons de valence :
| Colonne | 1 | 2 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| e⁻ de valence | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Exemples | Na, K | Mg, Ca | Al | C, Si | N, P | O, S | Cl, Br | Ne, Ar |
Exemple : le sodium (Na)⚓︎
Sodium : Z = 11 → 11 électrons
Répartition : K² L⁸ M¹
↑ ↑ ↑
2 8 1 électron de valence
Repère :
- colonne 1 → 1 électron de valence → ion +1
- colonne 2 → 2 électrons de valence → ion +2
- colonne 17 → 7 électrons de valence → ion −1
- colonne 16 → 6 électrons de valence → ion −2
4️⃣ Formation des ions⚓︎
Définition⚓︎
Un ion est un atome (ou groupe d'atomes) qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons.
Pourquoi former un ion ?⚓︎
Les atomes cherchent à atteindre la configuration électronique stable des gaz nobles (colonne 18) : couche externe complète avec 8 électrons (ou 2 pour l'hélium).
Les deux types d'ions⚓︎
| Type | Formation | Charge | Symbole | Éléments concernés |
|---|---|---|---|---|
| Cation | Perte d'électrons | Positive (+) | Na⁺, Ca²⁺ | Colonnes 1, 2, 13 |
| Anion | Gain d'électrons | Négative (−) | Cl⁻, O²⁻ | Colonnes 16, 17 |
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 📌 ASTUCE MNÉMOTECHNIQUE : │
│ │
│ • CaTion contient un "T" comme le signe "+" │
│ • ANion commence par "AN" comme "ANégatif" │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
Exemple 1 : Formation du cation sodium Na⁺⚓︎
Na (atome) Na⁺ (ion)
───────────────────────────────────────
11 protons 11 protons
11 électrons 10 électrons
Charge : 0 PERD 1 e⁻ Charge : +1
→
Configuration : Configuration :
K² L⁸ M¹ K² L⁸ (comme Ne)
Exemple 2 : Formation de l'anion chlorure Cl⁻⚓︎
Cl (atome) Cl⁻ (ion)
───────────────────────────────────────
17 protons 17 protons
17 électrons 18 électrons
Charge : 0 GAGNE 1 e⁻ Charge : -1
→
Configuration : Configuration :
K² L⁸ M⁷ K² L⁸ M⁸ (comme Ar)
Ions courants⚓︎
| Ion | Formule | Formation |
|---|---|---|
| Sodium | Na⁺ | Na perd 1 e⁻ |
| Potassium | K⁺ | K perd 1 e⁻ |
| Calcium | Ca²⁺ | Ca perd 2 e⁻ |
| Magnésium | Mg²⁺ | Mg perd 2 e⁻ |
| Chlorure | Cl⁻ | Cl gagne 1 e⁻ |
| Oxyde | O²⁻ | O gagne 2 e⁻ |
| Sulfure | S²⁻ | S gagne 2 e⁻ |
5️⃣ Électroneutralité et composés ioniques⚓︎
Règle d'électroneutralité⚓︎
Un composé ionique est toujours électriquement neutre :
Exemples de composés ioniques⚓︎
| Composé | Ions | Vérification |
|---|---|---|
| Chlorure de sodium NaCl | Na⁺ + Cl⁻ | (+1) + (−1) = 0 ✓ |
| Chlorure de calcium CaCl₂ | Ca²⁺ + 2 Cl⁻ | (+2) + 2×(−1) = 0 ✓ |
| Oxyde de sodium Na₂O | 2 Na⁺ + O²⁻ | 2×(+1) + (−2) = 0 ✓ |
| Oxyde de magnésium MgO | Mg²⁺ + O²⁻ | (+2) + (−2) = 0 ✓ |
Méthode : croiser les charges⚓︎
Pour écrire la formule d'un composé ionique, on croise les valeurs des charges (sans le signe) :
Exemple : Chlorure de calcium
Ca²⁺ Cl⁻
\ /
\ /
\/
/\
/ \
2 1
→ CaCl₂
6️⃣ Ions et mesures en contrôle qualité⚓︎
Le pH : mesure des ions H₃O⁺⚓︎
Le pH mesure la concentration en ions hydronium H₃O⁺ :
| Concentration en H₃O⁺ | pH | Caractère |
|---|---|---|
| Élevée | Bas (< 7) | Acide |
| Faible | Élevé (> 7) | Basique |
La conductivité : présence d'ions mobiles⚓︎
La conductivité d'une solution dépend de la présence d'ions mobiles :
| Type de solution | Ions présents | Conductivité |
|---|---|---|
| Eau pure | Très peu | Très faible |
| Eau salée (NaCl) | Na⁺, Cl⁻ | Élevée |
| Eau déminéralisée | Aucun | Quasi nulle |
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 📌 LIEN MICRO ↔ MACRO : │
│ │
│ • pH bas = beaucoup d'ions H₃O⁺ │
│ • Conductivité élevée = beaucoup d'ions en solution │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
Ions courants en cosmétique⚓︎
| Ion | Formule | Exemple INCI | Rôle |
|---|---|---|---|
| Sodium | Na⁺ | Sodium Chloride | Ajusteur de viscosité |
| Potassium | K⁺ | Potassium Sorbate | Conservateur |
| Calcium | Ca²⁺ | Calcium Pantothenate | Actif (vitamine B5) |
| Chlorure | Cl⁻ | Sodium Chloride | Sel |
| Hydroxyde | OH⁻ | Sodium Hydroxide | Ajusteur de pH |
| Hydronium | H₃O⁺ | – | Acidité |
📌 À retenir pour l'E2⚓︎
Définitions essentielles⚓︎
| Terme | Définition |
|---|---|
| Atome | Constituant élémentaire (noyau + électrons) |
| Z | Numéro atomique = nombre de protons |
| Électrons de valence | Électrons de la couche externe |
| Ion | Atome ayant gagné ou perdu des électrons |
| Cation | Ion positif (perte d'e⁻) |
| Anion | Ion négatif (gain d'e⁻) |
| Électroneutralité | Somme des charges = 0 |
Règles pratiques⚓︎
| Règle | Application |
|---|---|
| Colonne 1 → ion +1 | Na⁺, K⁺ |
| Colonne 2 → ion +2 | Mg²⁺, Ca²⁺ |
| Colonne 16 → ion −2 | O²⁻, S²⁻ |
| Colonne 17 → ion −1 | Cl⁻, Br⁻ |
Vocabulaire à maîtriser⚓︎
- Proton / Électron : particules de l'atome
- Cation / Anion : types d'ions
- Couche de valence : couche externe
- Composé ionique : assemblage de cations et d'anions
- Électroneutralité : équilibre des charges
🔗 Lien avec la suite de la progression⚓︎
| Séance | Réinvestissement |
|---|---|
| S12 | Lewis – Représentation des liaisons |
| S13 | Interactions – Polarité et solubilité |
| S14 | Acido-basicité – Couples acide/base |
| S21 | Conductivité – Mesure et interprétation |