Les atomes et les ions exercices corrigés
📝Exercice 1 : Définitions essentielles
📚Termes à définir :
Définition : L’atome est la plus petite particule d’un élément chimique qui conserve les propriétés de cet élément. Il est constitué d’un noyau central (chargé positivement) et d’un cortège électronique (chargé négativement). L’atome est électriquement neutre.
Définition : Le noyau est la partie centrale de l’atome. Il porte des charges électriques positives et concentre pratiquement toute la masse de l’atome. Son diamètre est environ 100 000 fois plus petit que celui de l’atome.
Définition : L’électron est une particule qui tourne autour du noyau à très grande vitesse. Il possède une charge électrique négative \( (-e) \) et une masse très faible : \( 9,1 \times 10^{-31} \, \text{kg} \). Il est symbolisé par \( e^- \). Les électrons sont identiques quel que soit l’atome.
Définition : Le numéro atomique, noté \( Z \), est le nombre de charges positives du noyau. Il correspond également au nombre de protons dans le noyau et, dans un atome neutre, au nombre d’électrons.
Définition : La charge élémentaire, notée \( e \), est la plus petite charge électrique possible. Sa valeur est \( e = 1,6 \times 10^{-19} \, \text{C} \) (coulomb). La charge du proton est \( +e \) et celle de l’électron est \( -e \).
Définition : Un ion est un atome ou un groupe d’atomes qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. Il est donc chargé électriquement.
Définition : Un cation est un ion positif. Il se forme lorsqu’un atome perd un ou plusieurs électrons. (Exemples : \( \text{Na}^+ \), \( \text{Mg}^{2+} \), \( \text{NH}_4^+ \))
Définition : Un anion est un ion négatif. Il se forme lorsqu’un atome gagne un ou plusieurs électrons. (Exemples : \( \text{Cl}^- \), \( \text{O}^{2-} \), \( \text{SO}_4^{2-} \))
Définition : Un ion monoatomique est un ion constitué d’un seul atome. (Exemples : \( \text{Na}^+ \), \( \text{Cl}^- \), \( \text{Cu}^{2+} \))
Définition : Un ion polyatomique est un ion constitué de plusieurs atomes (groupe d’atomes). (Exemples : \( \text{NH}_4^+ \), \( \text{SO}_4^{2-} \), \( \text{OH}^- \), \( \text{H}_3\text{O}^+ \))
Définition : Le cortège électronique est l’ensemble des électrons qui tournent autour du noyau de l’atome. Il constitue le nuage électronique qui entoure le noyau.
❓Exercice 2 : Vrai ou Faux – Atomes et ions
⚛️Affirmations à évaluer sur les atomes et les ions :
L’atome est constitué d’un noyau chargé négativement et d’électrons chargés positivement.
VRAI
FAUX
Le noyau d’un atome concentre pratiquement toute sa masse.
VRAI
FAUX
Le numéro atomique \( Z \) correspond au nombre d’électrons dans un atome neutre.
VRAI
FAUX
Un atome qui perd des électrons devient un anion (ion négatif).
VRAI
FAUX
Les ions \( \text{Na}^+ \) et \( \text{Cl}^- \) sont des ions monoatomiques.
VRAI
FAUX
L’ion \( \text{NH}_4^+ \) est un ion monoatomique.
VRAI
FAUX
La charge électrique d’un électron est \( +1,6 \times 10^{-19} \, \text{C} \).
VRAI
FAUX
Un atome est électriquement neutre car il contient autant de protons que d’électrons.
VRAI
FAUX
Le diamètre du noyau est environ 100 000 fois plus grand que celui de l’atome.
VRAI
FAUX
L’ion \( \text{SO}_4^{2-} \) est un anion polyatomique.
VRAI
FAUX
✏️Exercice 3 : Mots à placer
Consigne : Compléter les phrases suivantes avec les mots de la liste ci-dessous.
📝Liste des mots disponibles :
noyau
électron
proton
neutron
cation
anion
neutre
ion
monoatomique
polyatomique
cortège électronique
🔤Phrases à compléter :
L’__________ est la plus petite particule d’un élément chimique.
Le __________ est la partie centrale de l’atome, chargée positivement.
L’__________ est une particule négative qui tourne autour du noyau.
L’ensemble des électrons qui entourent le noyau forme le __________.
Un atome est électriquement __________ car il contient autant de protons que d’électrons.
Un __________ est un atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.
Un __________ est un ion positif formé après la perte d’un ou plusieurs électrons.
Un __________ est un ion négatif formé après le gain d’un ou plusieurs électrons.
Un ion constitué d’un seul atome est appelé ion __________.
Un ion constitué de plusieurs atomes est appelé ion __________.
📊Exercice 4 : Classification des ions
Consigne : Classer les ions suivants dans le tableau ci-dessous :
📝Ions à classer :
Ca²⁺
Cl⁻
OH⁻
Na⁺
Mg²⁺
| Les cations | Les anions | ||
|---|---|---|---|
| monoatomiques | polyatomiques | monoatomiques | polyatomiques |
📱Exercice 5 : Le silicium dans les smartphones
Le silicium (Si) est l’élément chimique de base des microprocesseurs présents dans les smartphones, les tablettes et les ordinateurs. Le noyau de l’atome de silicium contient 14 charges positives.
Quel est le numéro atomique de l’atome de silicium ?
Combien y a-t-il d’électrons dans l’atome de silicium ? Justifier.
📊Exercice 6 : Tableau des atomes
Consigne : Complète le tableau suivant en utilisant les données fournies.
| Atome | Symbole | Numéro atomique Z | Charge d’électron qe | Charge du noyau qn | Charge de l’atome qa |
|---|---|---|---|---|---|
| ( ) | O | ( ) | -8 e | ( ) | ( ) |
| ( ) | Al | 13 | ( ) | ( ) | ( ) |
| ( ) | Na | ( ) | ( ) | +11 e | ( ) |
| Chlore | ( ) | ( ) | ( ) | +17 e | ( ) |
| Cuivre | ( ) | 29 | ( ) | ( ) | ( ) |
⚛️Exercice 7 : Formation des ions
Les atomes peuvent former des ions en perdant ou en gagnant des électrons.
L’atome de zinc (Zn) peut passer à l’état d’ion en perdant 2 électrons. Quelle est la formule de l’ion correspondant ?
L’atome de soufre (S) peut passer à l’état d’ion en gagnant 2 électrons. Quelle est la formule de l’ion correspondant ?
⚛️Exercice 8 : Ion zinc
L’atome de zinc (Zn) de numéro atomique \( Z = 30 \) perd 2 électrons pour devenir un ion.
Combien d’électrons dans l’atome de zinc ?
Déterminer la charge des électrons de cet atome en coulomb (C).
Déterminer la charge du noyau de cet atome en coulomb (C).
Déterminer la charge des électrons de l’ion zinc en coulomb (C).
Déterminer la charge du noyau de l’ion zinc en coulomb (C).
Calculer la charge de l’ion zinc en fonction de ‘e’ puis en coulomb (C).
Écrire la formule de l’ion.
Donner le type de cet ion.
⚛️Exercice 9 : Ion cuivre Cu²⁺
L’atome de cuivre (Cu) se transforme en ion \( \text{Cu}^{2+} \). \( (Z = 29) \)
Expliquer cette transformation.
Donner la charge des électrons de l’ion \( \text{Cu}^{2+} \) en fonction de la charge élémentaire \( e \).
Donner la charge du noyau de l’ion \( \text{Cu}^{2+} \) en fonction de la charge élémentaire \( e \).
Calculer la charge de cet ion en coulomb (C).
📊 Exercice 10 : Classification et charge des ions
Considérons les ions suivants :
CH₃COO⁻
SO₄²⁻
H₃O⁺
Br⁻
Mg²⁺
NO₃⁻
Classer ces ions. (Anions/cations et ions monoatomiques/ions polyatomiques)
La charge totale des électrons de l’ion \( \text{Cr}^{3+} \) est : \( q_e = -33,6 \times 10^{-19} \, \text{C} \).
a) Trouver le numéro atomique de l’atome de chrome.
b) Calculer en coulomb (C) la charge du noyau \( q_n \) de cet atome.
c) Calculer en coulomb (C) la charge des électrons \( q_e \) de cet atome.
d) Déduire \( q_a \) la charge de l’atome.
⚛️Exercice 11 : Atome et ion calcium
Le noyau de l’atome de calcium (Ca) contient 20 charges positives.
1) Atome de calcium
Donner le numéro atomique \( Z \) de l’atome de calcium.
Déterminer en fonction de \( e \) et en coulomb, \( Q_n \) la charge du noyau de cet atome.
Déterminer en fonction de \( e \) et en coulomb, \( Q_e \) la charge des électrons de cet atome.
Calculer \( Q_a \) la charge globale de l’atome.
2) Ion calcium
L’atome de calcium peut perdre deux électrons pour donner l’ion calcium.
Écrire la formule chimique de l’ion calcium et donner son type.
Déterminer le nombre d’électrons de l’ion calcium.
Déterminer en fonction de \( e \), \( Q_e \) la charge des électrons de l’ion calcium.
Calculer en fonction de \( e \) la charge de l’ion calcium.
⚛️Exercice 12 : Ion fer Fe²⁺
L’atome de fer (Fe) se transforme en ion \( \text{Fe}^{2+} \).
On donne : \( Z(\text{Fe}) = 26 \) et \( e = 1,6 \times 10^{-19} \, \text{C} \).
Expliquer cette transformation.
Donner la charge des électrons de l’ion \( \text{Fe}^{2+} \) en fonction de \( e \).
Donner la charge du noyau de l’ion \( \text{Fe}^{2+} \) en fonction de \( e \).
Calculer la charge de l’ion \( \text{Fe}^{2+} \) en coulomb (C).
⚛️Exercice 13 : Ion ammonium NH₄⁺
Le symbole d’un ion est : \( \text{NH}_4^{+} \)
On donne : \( Z(\text{N}) = 7 \) et \( Z(\text{H}) = 1 \)
Donner le type de l’ion.
Quelle est la charge de l’ion \( \text{NH}_4^{+} \) en fonction de \( e \) ?
Calculer la charge de l’ion \( \text{NH}_4^{+} \) en coulomb (C).
Calculer le nombre d’électrons de l’ion.
📊 Exercice 14 : Tableau des atomes et ions
Consigne : Complète le tableau suivant.
| Atome | Ion | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Atome | Z | qe (atome) | qn (atome) | ne (ion) | qe (ion) | qn (ion) | Formule ion | Charge ion |
| Cu | ( ) | ( ) | +29e | 27 | ( ) | ( ) | ( ) | ( ) |
| S | 16 | ( ) | ( ) | ( ) | ( ) | ( ) | ( ) | -2e |
| Al | ( ) | ( ) | +13e | ( ) | ( ) | ( ) | Al³⁺ | ( ) |
| F | ( ) | -7e | ( ) | 8 | ( ) | ( ) | ( ) | ( ) |
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