Chapitre 2 Atomes ions et conduction lectrique 1

Chapitre 2: Atomes, ions et conduction électrique

1/ Tous les solides sont-ils conducteurs ? A/ TP 1/ Ce que je vais

2/ Je réalise mon expérience… dans le calme. ( appelle le professeur) Et je

• Tous les matériaux solides ne conduisent pas le courant électrique. • Les

Que peut-on dire à ce stade? Tous les métaux conduisent le courant électrique :

2/ Quelle est la structure d’un atome? A/ Activité 1 : Histoire de l’atome

John Dalton (1766 - 1844), physicien anglais. JJ. Thomson (1856 1940), physicien anglais Ernest

1 fm = 10 -15 m 10 -27 kg positive Occupent un espace de

Pour se donner une idée du vide entre le noyau et les électrons :

Charges électriques métaux Électrons libres empilés rangés conduit Électrons libres fermé circule ouvert courant

TP: Toutes les solutions conduisent-elles le courant électrique ? 1/ Notre corps est-il conducteur

1/ Ce que je vais faire pour tester la conductivité des solutions (tableau Q

Solution Eau pure déminéralisée Eau sucrée Eau salée Eau minérale Eteinte Allumée Eteinte Intensité

solution eau distillée composition chimique - molécules d’eau H 2 O seulement eau salée

Solvant : Liquide dans lequel on peut dissoudre + Soluté (solide ou gaz) :

• Définition : Atome ou groupe d’atomes ayant perdu ou …………………………………… gagné un

Formation d’un ion positif Formation d’un ion négatif L’atome de sodium, symbole Na, possède

IONS = Chargés + ou – MOLECULES = Neutres électriquement Exemples: Fe 2+ Fe

Règle à retenir L’électroneutralité est toujours respectée. S’il se forme un ion positif, alors

2/ Expérience : Migration des ions dans un circuit électrique. On dépose des gouttes

LA MIGRATION DES IONS On imbibe la plaque d’une solution ionique de nitrate de

LA MIGRATION DES IONS ON La lampe s’allume !

LA MIGRATION DES IONS On dépose des gouttes de solutions ioniques colorées au centre

LA MIGRATION DES IONS ON Vers la borne – du générateur Vers la borne

Que se passe t-il à l’échelle microscopique ?

Solution aqueuse de permanganate de potassium Solution aqueuse de sulfate de cuivre (II)

Simplification Solution aqueuse de permanganate de potassium Simplification Solution aqueuse de sulfate de cuivre

Les ions potassium K+ et sulfate SO 42– se déplacent aussi mais ils ne

S’attirent repoussent conventionnel + inverse

C/ Exemples d’ions cuivre (II) argent Zn 2+ 30 11 1 23 24 27

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Chapitre 2: Atomes, ions et conduction électrique

1/ Tous les solides sont-ils conducteurs ? A/ TP 1/ Ce que je vais faire pour tester la conductivité des matériaux (tableau Q 3) …. Je vais réaliser un circuit électrique avec une lampe, un générateur, des fils électriques et des pinces croco. Si la lampe s’allume, le courant circule et le solide testé est conducteur. Liste du matériel Fils électriques Lampe Générateur Pinces crocodiles Schéma du circuit électrique

2/ Je réalise mon expérience… dans le calme. ( appelle le professeur) Et je complète le tableau de la question 3/ en même temps 3/ Ce que j’observe… Matériau Eclat de la lampe Conducteur ou isolant ? Fer Cuivre Zinc Aluminium Bois Plastique Verre Sel de cuisine Sucre Oui Oui Non Non non C C I I I 4/ Ce que je conclus : a/ Les conducteurs du tableau ont tous un point commun. Lequel ? Ce sont des métaux.

• Tous les matériaux solides ne conduisent pas le courant électrique. • Les matériaux qui laissent passer le courant électrique sont dits conducteurs. • Les matériaux qui ne laissent passer le courant électrique sont dits isolants. • Tous les métaux sont des conducteurs.

Que peut-on dire à ce stade? Tous les métaux conduisent le courant électrique : ce sont des conducteurs électriques. Certains solides comme le verre, le bois, le plastique ne conduisent pas le courant : ce sont des isolants. Si tous les métaux conduisent le courant, cela signifie qu’ils ont une propriété commune qui leur permet de conduire le courant. Pourtant, tous les métaux sont différents. Il va falloir regarder au niveau microscopique pour comprendre la conduction Atome en classe de 4ème Atome en classe de 3ème

2/ Quelle est la structure d’un atome? A/ Activité 1 : Histoire de l’atome QUI ? + Date de naissance et de mort + nationalité QUAND ? Démocrite (-460 / -370), philosophe grec. Empédocle et Aristote (-384 -322) (-490 -435) , physiciens grecs. -430 avt JC -350 avt JC QUOI ? La matière est composée de minuscules et invisibles particules qu’il nomme atomes. (du grec atomos : indivisibles). ·L'Univers est formé de quatre éléments: la terre, l'eau, l'air et le feu. ·Cette théorie des 4 éléments dure jusqu’à la fin du 18ème siècle. Une longue période s’écoule. La théorie des 4 éléments règne !

John Dalton (1766 - 1844), physicien anglais. JJ. Thomson (1856 1940), physicien anglais Ernest Rutherford (1871 -1937), physicien Anglais Niels Bohr (1885/1960), physicien Danois. 1808 1891 1913 Erwin Schrödinger (1887/1961), physicien autrichien. Werner Heisenberg, (1901 -1976), physicien allemand 1925 ·Il confirme la théorie de Démocrite par des expériences. ·La matière est composée de particules indivisibles et massiques appelées atomes. ·Découvre l’électron, particule chargée négativement dans l’atome. ·Enonce la théorie du « Plum pudding » . Atome = brioche chargée positivement avec électrons chargés négativement. ·Il découvre le noyau de l’atome, chargé positivement. ·Il démontre que les électrons « gravitent » autour du noyau et qu’il existe du vide entre les électrons et le noyau ·Enonce sa théorie du modèle planétaire de l’atome. ·En 1916, il découvre le proton. ·Fonde un nouveau modèle basé sur celui de Rutherford: les électrons ne peuvent que des orbites particulières ·Nouvelle théorie : la mécanique quantique. ·L’atome est formé d’un noyau et d’un nuage d’ électrons. ·C’est un modèle probabiliste.

L’atome

1 fm = 10 -15 m 10 -27 kg positive Occupent un espace de 10 -10 m 10 -30 kg négative neutre noyau 5 positives négatives électrons 100 000 noyau vide Noyau: 13 + Electrons: 13 - lacunaire Noyau: 26 + Electrons: 26 -

Pour se donner une idée du vide entre le noyau et les électrons : • Le noyau d’un atome peut être représenté par un pois chiche au milieu d’un terrain de football. • Si on supprimait l’espace entre les atomes, la Terre pourrait rentrer dans un cube de 100 m de coté. r e t o ! n r s e i a h p a e c N le r u s

Al 13 + et 13 - Fe 26 + et 26 - C 6 + et 6 - Zn 30 + et 30 Cu 29 + et 29 - Cl 17 + et 17 - Na 11 + et 11 - H O 8 + et 8 - 1 + et 1 -

Courant électrique edumedia

Charges électriques métaux Électrons libres empilés rangés conduit Électrons libres fermé circule ouvert courant - aléatoire inverse +

TP: Toutes les solutions conduisent-elles le courant électrique ? 1/ Notre corps est-il conducteur d’électricité ? Donne un exemple pour justifier. Notre corps est conducteur. Tous les jours, ce n’est pas moins de 200 personnes qui meurent électrocutées en France. On peut essayer de répondre aux 2 questions suivantes :

1/ Ce que je vais faire pour tester la conductivité des solutions (tableau Q 3) Je vais réaliser un circuit électrique avec une DEL (ou petite lampe) + ampèremètre en série + fils de connexions + générateur + électrodes plongées dans les solutions afin de tester la conductivité. Si la DEL ou lampe s’allume, alors la solution est conductrice. Liste du matériel Fils électriques Electrodes Solutions à tester Lampe ampèremètre Schéma du circuit électrique test

Solution Eau pure déminéralisée Eau sucrée Eau salée Eau minérale Eteinte Allumée Eteinte Intensité (en m. A) 0, 00 1, 3 Faiblement allumée 0, 30 Conductrice ou isolante ? Isolante Conductrice Isolante Eclat de la lampe 0, 00 4/ Ce que je conclus : Les solutions conductrices sont dites IONIQUES , car elles contiennent des IONS Les solutions non conductrices ne contiennent pas d’IONS. Elles ne peuvent donc pas conduire le courant électrique.

solution eau distillée composition chimique - molécules d’eau H 2 O seulement eau salée - molécules d’eau H 2 O eau sucrée - molécules d’eau H 2 O Eau minérale - molécules d’eau H 2 O - ions chlorure Cl- - molécules de glucose C 6 H 12 O 6 - pleins d’ions (H+, Na+, SO 42 -, F-, HCO 3 - , Ca 2+, Mg 2+…) - ions sodium Na+

Solvant : Liquide dans lequel on peut dissoudre + Soluté (solide ou gaz) : matière que l’on dissout dans le solvant. = SOLUTION Si le solvant est l’eau, alors on parle de solution aqueuse.

• Définition : Atome ou groupe d’atomes ayant perdu ou …………………………………… gagné un ou plusieurs électrons …………………………………… • Il existe 2 types d’ions : Atome ou groupe d’atomes qui perdu des électrons. CATION : – Ion positif (………………. . ) K+ Na+ Ca 2+ Mg 2+ Exemples : ………………………… Atome ou groupe d’atomes qui a gagné – Ion négatif (………………. . ) : ANION des électrons. Exemples : …………………………………… HCO 3 - NO 3 - Cl- F-

Dissolution de Na. Cl

Formation d’un ion positif Formation d’un ion négatif L’atome de sodium, symbole Na, possède L’atome de chlore, symbole Cl, possède 11 charges positives (protons) et 11 17 charges positives (protons) et 17 électrons. Il perd un électron chargé négativement : il Il gagne un électron chargé négativement : contient donc 11 charges positives et 10 il contient donc 17 charges positives et 18 charges négatives. Il devient donc Na+ pour signifier le déficit Il devient donc Cl- pour signifier d’électrons. l’excédent d’électrons.

Animation. jar

Dissolution du chlorure de sodium

Conduction dans les solutions

conduisent ioniques - + +

IONS = Chargés + ou – MOLECULES = Neutres électriquement Exemples: Fe 2+ Fe 3+ Zn 2+ Exemple: sucre C 12 H 22 O 11 glucose C 6 H 12 O 6 Solutions aqueuses Conductrices IONS + IONIQUES Molécules d’eau MOLECULES Isolantes MOLECULAIRES DOC PREVENTION SANTE PEUR BLEUE + Molécules d’eau

QCM CPS

Règle à retenir L’électroneutralité est toujours respectée. S’il se forme un ion positif, alors il se forme en même temps un ion négatif dans la solution. Sinon, instabilité !!!

2/ Expérience : Migration des ions dans un circuit électrique. On dépose des gouttes de solutions aqueuses colorées sur une plaque imbibée de liquide conducteur incolore (nitrate de potassium (K+ + NO 3–)). • Les deux solutions sont : Expérience avec tube en U – Solution de permanganate de potassium de formule chimique (K+ + Mn. O 4 - )(la coloration violette est due aux ions Mn. O 4 -) – Solution de sulfate de cuivre (Cu 2+ + SO 42 - ) (la coloration bleue est due aux ions Cu 2+)

LA MIGRATION DES IONS OFF

LA MIGRATION DES IONS On imbibe la plaque d’une solution ionique de nitrate de potassium…

LA MIGRATION DES IONS OFF

LA MIGRATION DES IONS ON La lampe s’allume !

LA MIGRATION DES IONS On dépose des gouttes de solutions ioniques colorées au centre de la plaque

LA MIGRATION DES IONS ON Vers la borne – du générateur Vers la borne + du générateur

Que se passe t-il à l’échelle microscopique ?

Solution aqueuse de permanganate de potassium Solution aqueuse de sulfate de cuivre (II)

Simplification Solution aqueuse de permanganate de potassium Simplification Solution aqueuse de sulfate de cuivre (II)

LA MIGRATION DES IONS ON

LA MIGRATION DES IONS ON Vers la borne – du générateur Vers la borne + du générateur

Les ions potassium K+ et sulfate SO 42– se déplacent aussi mais ils ne colorent pas le liquide lors de la migration… Il en va de même pour les ions de la solution conductrice servant à imbiber la bandelette (électrolyte)…

LA MIGRATION DES IONS ON

LA MIGRATION DES IONS ON Vers la borne – du générateur Vers la borne + du générateur

S’attirent repoussent conventionnel + inverse

C/ Exemples d’ions cuivre (II) argent Zn 2+ 30 11 1 23 24 27 46 18 18 chargés « - » anions perte de 3 eperte de 2 eperte de 1 e- chargés « + » cations fer (II) Fe 3+