614 Chapitre 23
Atomes et éléments
Nous pouvons citer l’exemple de l’élément fer qui est constitué de 28 isotopes, dont les plus abondants sont :
54
26 Fe,
56
26 Fe,
57
26 Fe et
58
26 Fe. En notant x l’abondance isotopique d’un isotope, nous pouvons
préciser : x(
54
26 Fe) = 5,845%, x(
56
26 Fe) = 91,754%, x(
57
26 Fe) = 2,119% et x(
58
26 Fe) = 0,282%.
L’abondance isotopique correspond à un titre molaire (ou fraction molaire).
Dans la nature, un élément chimique se présente généralement comme un mélange de ses isotopes.
La masse molaire d’un élément chimique est par conséquent définie comme étant la moyenne
des masses molaires de chaque isotope pondérée par son abondance isotopique. Soit
pour l’élément fer cité précédemment :
M ( 26 Fe) = x(
54
26 Fe)M (
54
26 Fe) + x(
56
26 Fe)M (
56
26 Fe) + x(
57
26 Fe)M (
57
26 Fe) + x(
58
26 Fe)M (
58
26 Fe)
M ( 26 Fe) = 0,058 45 × 53,9 + 0,917 54 × 55,9 + 0,021 19 × 56,9 + 0,002 82 × 57,9
M ( 26 Fe) = 55,8 g · mol
−1
Un corps simple est une substance composée d’atomes d’un seul élément chimique. Il peut
être monoatomique ou polyatomique. On le distingue des corps composés qui sont constitués
d’atomes appartenant à des éléments chimiques différents.
Définition : Corps simple
Exemples : Fe(s), C(graphite), H 2 (g) sont des corps simples alors que FeO(s) et CO 2 (g) sont des
corps composés.
Une espèce chimique est un ensemble d’entités chimiques (atomes, molécules, ions ou radicaux
libres) identiques. Une espèce chimique est caractérisée par son nom et sa formule chimique.
Définition : Espèce chimique
Exemples : les ions ferreux : Fe
2+ (aq), le sulfate de fer(II) : FeSO 4 (s), le fer solide : Fe(s), le dioxyde
de carbone CO 2 (g), l’ion carbonate : CO
2–
3 (aq).
2 Modèle quantique de l’atome
Cas de l’atome d’hydrogène
L’électron de l’atome d’hydrogène est en interaction électromagnétique avec le noyau composé d’un
unique proton. Dans le cadre de la mécanique classique, la position et la vitesse d’une particule
seraient parfaitement déterminées à partir des conditions initiales, mais dans le modèle quantique
de l’atome l’électron doit être vu comme une onde, une onde de matière ou une onde de
de Broglie. Il n’est plus possible de localiser l’électron en un point M de l’espace. L’électron est
décrit par une fonction d’onde ψ(M, t) (voir chapitre 4), qui doit vérifier une équation différentielle
fondamentale : l’équation de Schrödinger. Des solutions particulières, appelées états stationnaires,
correspondant à une énergie E déterminée, sont recherchées sous la forme :
ψ(M, t) = ψ(M ) exp
−i
E
t
ψ(M ) est la fonction d’onde indépendante du temps. On utilise les coordonnées sphériques (r, θ, φ)
par rapport au noyau (l’axe Oz est a priori arbitraire). La fonction d’onde prend alors la forme
suivante : ψ(M ) = R(r)Y (θ, φ), produit d’une fonction de r par une fonction des deux angles θ et φ.
partagelivrescpge.blogspot.com
Atomes et éléments
Nous pouvons citer l’exemple de l’élément fer qui est constitué de 28 isotopes, dont les plus abondants sont :
54
26 Fe,
56
26 Fe,
57
26 Fe et
58
26 Fe. En notant x l’abondance isotopique d’un isotope, nous pouvons
préciser : x(
54
26 Fe) = 5,845%, x(
56
26 Fe) = 91,754%, x(
57
26 Fe) = 2,119% et x(
58
26 Fe) = 0,282%.
L’abondance isotopique correspond à un titre molaire (ou fraction molaire).
Dans la nature, un élément chimique se présente généralement comme un mélange de ses isotopes.
La masse molaire d’un élément chimique est par conséquent définie comme étant la moyenne
des masses molaires de chaque isotope pondérée par son abondance isotopique. Soit
pour l’élément fer cité précédemment :
M ( 26 Fe) = x(
54
26 Fe)M (
54
26 Fe) + x(
56
26 Fe)M (
56
26 Fe) + x(
57
26 Fe)M (
57
26 Fe) + x(
58
26 Fe)M (
58
26 Fe)
M ( 26 Fe) = 0,058 45 × 53,9 + 0,917 54 × 55,9 + 0,021 19 × 56,9 + 0,002 82 × 57,9
M ( 26 Fe) = 55,8 g · mol
−1
Un corps simple est une substance composée d’atomes d’un seul élément chimique. Il peut
être monoatomique ou polyatomique. On le distingue des corps composés qui sont constitués
d’atomes appartenant à des éléments chimiques différents.
Définition : Corps simple
Exemples : Fe(s), C(graphite), H 2 (g) sont des corps simples alors que FeO(s) et CO 2 (g) sont des
corps composés.
Une espèce chimique est un ensemble d’entités chimiques (atomes, molécules, ions ou radicaux
libres) identiques. Une espèce chimique est caractérisée par son nom et sa formule chimique.
Définition : Espèce chimique
Exemples : les ions ferreux : Fe
2+ (aq), le sulfate de fer(II) : FeSO 4 (s), le fer solide : Fe(s), le dioxyde
de carbone CO 2 (g), l’ion carbonate : CO
2–
3 (aq).
2 Modèle quantique de l’atome
Cas de l’atome d’hydrogène
L’électron de l’atome d’hydrogène est en interaction électromagnétique avec le noyau composé d’un
unique proton. Dans le cadre de la mécanique classique, la position et la vitesse d’une particule
seraient parfaitement déterminées à partir des conditions initiales, mais dans le modèle quantique
de l’atome l’électron doit être vu comme une onde, une onde de matière ou une onde de
de Broglie. Il n’est plus possible de localiser l’électron en un point M de l’espace. L’électron est
décrit par une fonction d’onde ψ(M, t) (voir chapitre 4), qui doit vérifier une équation différentielle
fondamentale : l’équation de Schrödinger. Des solutions particulières, appelées états stationnaires,
correspondant à une énergie E déterminée, sont recherchées sous la forme :
ψ(M, t) = ψ(M ) exp
−i
E
t
ψ(M ) est la fonction d’onde indépendante du temps. On utilise les coordonnées sphériques (r, θ, φ)
par rapport au noyau (l’axe Oz est a priori arbitraire). La fonction d’onde prend alors la forme
suivante : ψ(M ) = R(r)Y (θ, φ), produit d’une fonction de r par une fonction des deux angles θ et φ.
partagelivrescpge.blogspot.com