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Chimie · Prépa concours post-bac — IAV & ENA Meknès

Structure de l'atome

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

  • Composition de l'atome : Un noyau ($Z$ protons, $N$ neutrons) et un cortège électronique ($Z$ électrons). $A = Z + N$.
  • Modèle de Bohr : L'énergie d'un électron est quantifiée : $E_n = -13,6 / n^2$ (en eV) pour l'atome d'hydrogène.
  • Configuration électronique : Remplissage selon l'ordre $1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d...$ (règle de Klechkowski).
  • Règles de remplissage :
    • Principe d'exclusion de Pauli (2 électrons max par orbitale, spins opposés).
    • Règle de Hund (remplissage des orbitales de même énergie avec un maximum de spins parallèles).

Méthodes à maîtriser

  1. Établir la configuration électronique : Suivre l'ordre de Klechkowski en respectant la capacité maximale ($s:2, p:6, d:10$).
  2. Identifier les électrons de valence : Ce sont ceux de la couche la plus externe (ou sous-couche $d$ incomplète).
  3. Calculer la masse d'un atome : $m \approx A \times m_{nucléon}$ (la masse des électrons est négligeable).

Exemples corrigés

  • Exemple 1 : Configuration du Fer ($Z=26$) : $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^6$.
  • Exemple 2 : Ion $Fe^{2+}$ : On enlève les électrons de la couche la plus externe ($4s$) : $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^6$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier d'enlever les électrons de la couche $4s$ avant la $3d$ lors de la formation d'un ion de transition.
  • Inverser $A$ et $Z$ dans la notation $^A_Z X$.
  • Négliger la règle de Hund pour les orbitales $p$ ou $d$.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Structure de l'atome

1/4

Quel est le nombre maximal d'électrons sur la couche $n=2$ ?

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre Z et A ?

$Z$ est le numéro atomique (nombre de protons), il définit l'identité chimique de l'élément. $A$ est le nombre de masse (protons + neutrons), il définit la masse quasi totale de l'atome.

💡 À retenir : $Z$ est fixe pour un élément, $A$ change pour les isotopes.

Kifach n3ref chhal men electron de valence 3ndi?
  1. Écris la configuration électronique complète.
  2. Repère la couche principale la plus élevée ($n$ max).
  3. Additionne les électrons de cette couche et ceux de la sous-couche $d$ si elle est en cours de remplissage.

💡 À retenir : Les électrons de valence sont ceux qui participent aux liaisons.

Est-ce que la masse des électrons compte dans le calcul de la masse de l'atome ?

Non, car la masse d'un proton ou d'un neutron est environ 1836 fois plus grande que celle d'un électron. On la néglige toujours.

💡 À retenir : $m_{atome} \approx A \times m_p$.

Chno hiya règle de Klechkowski?

C'est une règle empirique qui donne l'ordre de remplissage des orbitales par ordre croissant d'énergie : $1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d...$

💡 À retenir : On remplit toujours les niveaux les plus bas en énergie d'abord.

Pourquoi on écrit 4s avant 3d ?

Parce que selon la règle de Klechkowski, l'énergie de l'orbitale $4s$ est inférieure à celle de $3d$ lors du remplissage.

💡 À retenir : L'ordre de remplissage suit la somme $(n+l)$.

Kifach n7seb nbr dyal les neutrons?

C'est très simple : tu fais la soustraction $N = A - Z$.

💡 À retenir : $N$ est le nombre de neutrons dans le noyau.

Qu'est-ce qu'un isotope ?

Ce sont des atomes qui ont le même nombre de protons ($Z$) mais un nombre de neutrons ($N$) différent. Ils ont les mêmes propriétés chimiques.

💡 À retenir : Les isotopes ont des masses différentes.

Combien d'électrons peut contenir une orbitale d ?

Une orbitale $d$ peut contenir au maximum 10 électrons (car il y a 5 cases quantiques, chacune acceptant 2 électrons).

💡 À retenir : $s=2, p=6, d=10, f=14$.

Est-ce que les ions ont la même configuration que les atomes neutres ?

Non, un ion perd ou gagne des électrons. Pour les métaux de transition, on retire les électrons de la couche $n$ la plus grande avant la sous-couche $(n-1)d$.

💡 À retenir : La perte d'électrons se fait toujours sur la couche externe.

C'est quoi le spin ?

C'est une propriété quantique intrinsèque de l'électron, souvent représentée comme une rotation sur lui-même. Il prend deux valeurs : $+1/2$ ou $-1/2$.

💡 À retenir : Deux électrons dans la même orbitale doivent avoir des spins opposés.

Pourquoi le modèle de Bohr est limité ?

Il ne fonctionne bien que pour les systèmes hydrogénoïdes (un seul électron). Il ne décrit pas correctement les interactions entre plusieurs électrons.

💡 À retenir : C'est un modèle historique simplifié.

Comment savoir si un atome est stable ?

La stabilité dépend du rapport $N/Z$ dans le noyau. Pour les éléments légers, $N \approx Z$. Pour les lourds, il faut plus de neutrons pour compenser la répulsion des protons.

💡 À retenir : (à vérifier par le professeur) La stabilité nucléaire est un sujet complexe.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit un élément $X$ de configuration $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^3$. Identifier l'élément et son nombre d'électrons de valence.

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Exercice 2

Un isotope du Magnésium est noté $^{26}_{12}Mg$. Déterminer sa composition.

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Exercice 3

Donner la configuration électronique de l'atome de Soufre ($Z=16$) et de l'ion Sulfure $S^{2-}$.

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