Structure atomique, modèle de Bohr, ions, molécules et formules chimiques — programme officiel de Physique-Chimie de Seconde (lycée général)
Évaluation complète de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.
Exercice 1 — Structure de l'atome de calcium
Corrigé :
1. Pour $^{40}_{20}\text{Ca}$ : $Z=20$ protons ; $N = A-Z = 40-20 = 20$ neutrons ; atome neutre → 20 électrons.
2. Configuration : 2, 8, 8, 2 (couches K, L, M, N). Électrons de valence = 2 (couche externe N).
3. Le calcium possède 2 électrons de valence → il appartient au groupe 2 (ancienne nomenclature IIA). Il est dans le même groupe que le magnésium Mg ($Z=12$, configuration 2,8,2) qui possède aussi 2 électrons de valence.
Exercice 2 — Étude des ions sodium et chlorure
Corrigé :
1. Na ($Z=11$) : configuration 2, 8, 1.
2. Na perd l'électron de sa couche externe M (1 électron de valence). Après cette perte, il a la configuration 2,8 → 8 électrons en couche externe → règle de l'octet satisfaite → configuration stable du gaz noble néon Ne.
3. Cl ($Z=17$) gagne 1 électron → 18 électrons au total. Configuration de Cl⁻ : 2, 8, 8 (comme l'argon).
4. Charge de Cl⁻ : $q = -1 \times e = -1{,}6 \times 10^{-19}$ C.
5. Dans NaCl solide, Na et Cl sont sous forme d'ions (Na⁺ et Cl⁻), non sous forme d'atomes neutres. Ces ions sont maintenus ensemble par des interactions électrostatiques (liaisons ioniques).
Exercice 3 — Molécule de dioxyde de carbone
Corrigé :
1. $\text{CO}_2$ : 1 atome de C et 2 atomes d'O.
2. C ($Z=6$) : configuration 2, 4 → 4 électrons de valence. O ($Z=8$) : configuration 2, 6 → 6 électrons de valence.
3. Structure : O=C=O. Chaque liaison double compte comme 2 paires liantes.
Pour C : 2 liaisons doubles = 4 paires liantes = 8 électrons autour de C → octet respecté (4 doublets liants, 0 libre).
Pour chaque O : 1 liaison double (2 paires liantes) + 2 paires libres = 4+4 = 8 électrons → octet respecté.
Exercice 4 — Ordres de grandeur et calculs
Corrigé :
1. $10^{-10}$ m $= 10^{-10+9}$ nm $= 10^{-1}$ nm $= 0{,}1$ nm. Aussi : $10^{-10}$ m $= 10^{-10+12}$ pm $= 100$ pm.
2. $\frac{r_{\text{atome}}}{r_{\text{noyau}}} = \frac{1 \times 10^{-10}}{5 \times 10^{-15}} = \frac{1}{5} \times 10^{5} = 20\,000$. L'atome est environ 20 000 fois plus grand que son noyau. L'atome est donc essentiellement constitué de vide.
3. $\frac{m_p}{m_e} = \frac{1{,}67 \times 10^{-27}}{9{,}1 \times 10^{-31}} \approx \frac{1{,}67}{9{,}1} \times 10^{4} \approx 0{,}184 \times 10^{4} \approx 1836$. Le proton est environ 1836 fois plus lourd que l'électron. Cela confirme que la masse de l'atome est concentrée dans le noyau.
Exercice 5 — Identification et tableau périodique
Corrigé :
1. $^{32}_{16}\text{X}$ : $Z=16$ → soufre S ; $N = 32-16 = 16$ neutrons. Configuration : 2, 8, 6 → 6 électrons de valence.
2. O ($Z=8$) : configuration 2, 6 → 6 électrons de valence. S : configuration 2, 8, 6 → 6 électrons de valence. Même nombre d'électrons de valence → même colonne (groupe VI ou 16) du tableau périodique.
3. S possède 6 électrons de valence. Il doit en gagner 2 pour atteindre 8 (octet). Il forme l'ion $\text{S}^{2-}$ de charge $-2$. Configuration : 2, 8, 8 (comme l'argon).
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