Partie I. Du macroscopique au microscopique, de l’espèce chimique à l’entité
Une espèce chimique est définie comme une collection d’un très grand nombre d’entités chimiques identiques. Ces entités peuvent être des molécules, des ions, ou des atomes. Les espèces moléculaires sont composées de molécules tandis que les espèces ioniques sont composées d’ions. La matière est électriquement neutre au niveau macroscopique, ce qui signifie que le nombre total de charges positives et négatives est égal.
Une molécule est une unité structurelle d’une substance composée de deux ou plus atomes liés chimiquement. Un atome est la plus petite unité d’un élément chimique qui conserve les propriétés de cet élément. Un ion est un atome ou une molécule qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons, donnant ainsi à l’ion une charge électrique positive ou négative.
Partie II. Le noyau de l’atome, siège de sa masse et de son identité
Le numéro atomique d’un atome est le nombre de protons dans son noyau. Le nombre de masse est le nombre total de protons et de neutrons dans le noyau. L’écriture conventionnelle d’un atome utilise ces deux nombres. Par exemple, pour le carbone-12, le numéro atomique est 6 (6 protons) et le nombre de masse est 12 (6 protons + 6 neutrons).
Un élément chimique est une substance pure composée d’atomes ayant le même nombre de protons dans leur noyau.
La masse d’un électron est environ 9.109 × 10^-31 kg, celle d’un proton est environ 1.673 × 10^-27 kg et celle d’un neutron est environ 1.675 × 10^-27 kg. La charge d’un électron est -1.602 × 10^-19 C (charge négative), celle d’un proton est +1.602 × 10^-19 C (charge positive) et le neutron n’a pas de charge électrique. Un atome est électriquement neutre car le nombre de protons (chargés positivement) est égal au nombre d’électrons (chargés négativement).
Partie III. Le cortège électronique de l’atome définit ses propriétés chimiques
La configuration électronique décrit la distribution des électrons dans les orbitales atomiques. Par exemple, la configuration électronique de l’hydrogène est 1s1, ce qui signifie qu’il y a un électron dans l’orbitale 1s. La configuration électronique détermine la position d’un élément dans le tableau périodique.
Les électrons de valence sont les électrons présents dans la couche la plus externe de l’atome. Ils sont responsables de la chimie de l’atome – c’est-à-dire de la façon dont l’atome réagit ou se lie à d’autres atomes.
Les familles chimiques sont des groupes d’éléments qui ont des propriétés chimiques similaires en raison de leur configuration électronique similaire. Par exemple, les gaz nobles (hélium, néon, argon, etc.) sont une famille chimique.
Partie IV. Vers des entités plus stables chimiquement
Les gaz nobles sont chimiquement stables parce qu’ils ont une couche externe d’électrons complète. Cette stabilité influence d’autres atomes à gagner, perdre ou partager des électrons pour atteindre une couche externe complète, formant ainsi des ions ou des molécules.
Le modèle de Lewis représente les électrons de valence comme des points autour des symboles chimiques des atomes. Les liaisons covalentes sont représentées par des paires d’électrons entre les atomes, appelées doublets liants, tandis que les paires d’électrons qui ne sont pas impliquées dans la liaison sont appelées doublets non liants.
L’énergie de liaison est l’énergie nécessaire pour rompre une liaison chimique entre deux atomes. Plus l’énergie de liaison est élevée, plus la liaison est forte.
Partie V. Compter les entités dans un échantillon de matière
La mole est une unité qui permet de compter les entités chimiques. Une mole contient le même nombre d’entités qu’il y a d’atomes dans exactement 12 grammes de carbone-12, soit environ 6.022 × 10^23 entités, appelé nombre d’Avogadro. La quantité de matière dans un échantillon est donnée en moles, qui est égal à la masse de l’échantillon divisée par la masse molaire de l’espèce chimique.