Donner la définitions des mots suivants
atome :
Un atome est une petite particule constituée d'un noyau autour duquel se déplacent des électrons. L’atome est électriquement neutre.
noyau :
Partie de l’atome constitué de nucléons.
nucléon :
Particule du noyau, peut être un neutron ou un proton.
proton :
particule du noyau électriquement positive.
neutron :
particule du noyau électriquement neutre.
électron :
composant de l’atome qui possède une charge électrique négative, ne fait pas parti du noyau.
cortège électronique (nuage électronique) :
ensemble des électron d’un atome.
élément chimique :
Un élément chimique est caractérise par le nombre de proton du noyau.
numéro atomique :
nombre de proton d’un noyau.
nombre de masse :
nombre de nucléon d’un noyau.
écriture conventionnelle du noyau :
A est le nombre de masse, c’est à dire le nombre de nucléons.
Z est le numéro atomique, c’est à dire le nombre de protons.
X est le symbole de l’élément.
classification périodique :
La classification (ou tableau) périodique des éléments chimiques est un tableau qui regroupe tous les éléments chimiques connus et qui sont classés selon leurs propriétés.
famille chimique :
éléments avec une réactivité chimique similaire.
isotope :
se dit d’élément qui on le même numéro atomique mais un nombre de masse différent.
ion :
atome qui a perdu ou gagner un électron.
molécule :
Atomes liés entre eux par une liaison.
liaison covalente :
Mise en commun d’électron par deux atomes et permet de les lier.
Dès l’antiquité les êtres humain on voulu classer la matière.
En Grèce pour Empédocle et Aristote toutes substances sont composées de « terre », « air », « eau » et « feu » en proportions différentes.
Cette théorie est philosophique et ne repose pas sur des preuves empiriques (expérience).
Elle évolue jusqu’au 18 e siècle en ajoutant d’autres éléments, 5 puis 7 …
Sous l’influence de Newton et du début de la méthode scientifique, le couple Lavoisier (Antoine et Marie-Anne) va travailler sur l’alchimie.
Leurs travaux vont leurs permettent de donner une nouvelle définition des éléments chimiques et de les identifier.
Ils vont aussi étudier la combustion et ainsi placer les bases de l’oxydo-réduction.
Suites aux expériences de Cavendish qui ont démontrées que l’air est un mélange de gaz, les Lavoisier vont vouloir identifier ces gaz.
Questions :
1) Aujourd’hui quel est le nom de l’air nitreux ?
Le diazote
2) Aujourd’hui quel est le nom de l’air vital ?
Le dioxygène
3) Quel est le type de réaction mis en œuvre ? (deux réponses possibles)
oxydo-réduction ou combustion
4) Donner la composition air, en pourcentage,d’après les valeurs de l’expérience.
En 1800 le nombre d’éléments est d’environ 60, les chimistes cherchent donc une classification pertinente de ces éléments…
Mendeleïev est intéressé par les tentatives de classification, il se met au travail en préparant des fiches pour les éléments connus.
Il indique:
- Leur poids atomique.
- Les formules des principales combinaisons chimiques auxquelles il participe.
- Les principales propriétés chimiques et physiques.
Le 17 février 1869, Mendeleïev classe les éléments par poids atomiques croissant :
- Sur une même ligne horizontale, appelée famille, il place tous les éléments ayant des propriétés chimiques semblables.
- Sur une même colonne, appelée période, il place les éléments chimiques par poids atomiques croissant.
Il change de colonne à chaque fois qu’une grosse modification de comportement chimique intervient.
Et la grande idée Mendeleïev intervient :
- Il n’hésite pas à inverser le tellure (m = 128) et l’iode (m = 127), pensant qu’il s’agit d’une erreur de détermination du poids atomique afin de mettre sur une même ligne les éléments ayant les mêmes propriétés chimiques.
- Il laisse en outre des places vides : entre le potassium K et le brome Br, Mendeleïev ne dispose que de 12 éléments connus pour 15 cases disponibles.
Questions :
1) Quels sont les deux critères utilisés par Mendeleïev pour établir sa classification ?
propriétés chimiques semblables et poids atomiques
2) A quoi correspond aujourd’hui le terme « poids atomique » ?
nombre de masse
3) Pourquoi le numéro atomique Z n’apparaît-il pas dans les critères de classification des éléments ? (indice : le proton a été découvert en 1916 par Rutherford)
pas découvert
4) Pour quelle raison Mendeleïev inverse-t-il le tellure Te et l’iode I dans sa classification ?
Pour respecter le classement par propriétés chimiques.
Le tableau ci-dessous représente la classification périodique actuelle des 18 premiers éléments.
- Dans la classification actuelle, les éléments sont classés par numéro atomique Z croissant.
- Les atomes qui possèdent le même nombre d’électrons sur leur couche électronique externe sont regroupés dans une colonne (FAMILLE)
- Une nouvelle ligne appelée PÉRIODE est commencée dès que la couche électronique externe précédente est remplie
Questions :
1) Que représentent les nombres associés aux éléments, en bas à gauche ?
Numéro atomique → nombre de proton
2) Dans quel ordre sont classés les éléments d’une même ligne ?
Numéro atomique croissant
3) Inscris dans chaque case la configuration électronique des atomes.
4) Quel point commun possèdent tous les atomes d’une même ligne ?
Remplissage de la même couche électronique
5) À quoi correspond un changement de ligne ?
À un changement de couche électronique
6) Quel point commun possèdent tous les atomes d’une même colonne?
Même nombre d’électron de valence
Ordre de remplissage des sous couches électronique :
1s 2s 2p 3s 3p
Une sous couche s peut accueillir au maximum 2 électrons.
Une sous couche p peut accueillir au maximum 6 électrons.
On commence toujours par remplir la première sous couche.
On passe à la sous couche suivante quand la précédente est pleine (ou saturée).
On note le nombre d’électron d’une sous couche en exposant.
La dernière couche est appelée couche de valence et les électrons de cette couche sont les électrons de valence.
Dans l’univers
L'hydrogène H est l'élément chimique le plus abondant : il représente à lui seul près de 75 % de la masse de matière dans l'Univers. L'hélium He est le deuxième élément le plus abondant dans l'Univers à près de 25 % en masse.
Sur Terre, on a recensé 94 éléments chimiques différents présents dans la nature. 24 autres éléments ont été créés artificiellement en laboratoire.
Sur Terre
Les éléments se sont répartis par densité, on a donc une organisation en couches, de composition chimique différente, les éléments les plus dense en profondeur et les éléments les moins dense en surface.
Des phénomènes géologiques comme le volcanisme, la tectoniques de plaques, … vont ramener des éléments denses vers la surface ce qui explique les mines de métaux exploitable par l’être humain.
Les éléments les plus abondants de notre planète sont le silicium, l'oxygène, le fer, le magnésium, le nickel.
En raison de la forte teneur en oxygène de l’atmosphère, les éléments sont souvent oxydés (SiO2, MgO, Fe2O3, ...)
Les êtres vivants
Les êtres vivants sont constitués de carbone C, d'oxygène O, d'hydrogène H et d'azote N.
Questions :
1) Quel est l'élément chimique le plus abondant dans l'univers, sur la Terre, dans les êtres vivants ?
dans l'univers H, sur la Terre O et Si, les êtres vivants C et O
2) Comment les éléments se répartissent-ils sur Terre ?
En couche par densité
3) Quels phénomènes géologiques contribuent à faire remonter certains éléments à la surface ?
Volcanisme, tectonique des plaques
4) Pourquoi les éléments sur Terre sont-ils souvent oxydés ?
Par le dioxygène de l’air
L’or est utilisé dans les appareils électrique car il est un excellent conducteur et qu’il ne s’oxyde pas.
Dans environ 20 ans les mines d’or seront épuisées et dans une tonne de téléphone portable il y a cent fois plus d’or que dans une tonnes de minerai.
C’est pourquoi les appareils électriques usagés sont appelés mines urbaines.
Les mines urbaines décrivent le potentiel de matières premières délaissées dans les objets électroniques qui hibernent dans nos tiroirs et nos placards.
Elle vient en opposition des mines conventionnelles qui sont un désastre social et environnemental sur les territoires d’exploitations dont ceux-ci profitent à peine.
Les mines urbaines sont alors un gisement alternatif durable dans le sens où cela permettrait de recycler des ressources qui ne sont plus dans la nature, et empêcherait de passer ces produits électroniques au statut de déchet.
Le recyclage de l’or, dans toutes ses formes, se résume à une méthode unique.
Dans un premier temps, les composants électroniques (carte mère, carte graphique et autre circuit imprimé) sont plongés dans des bains d’acide pour y dissoudre les métaux.
Ce "jus de carte mère" est filtré afin d’y retirer tout élément solide non dissous, comme les plastiques entourant certains composants. Les métaux sont par la suite séparés les uns des autres par différentes méthodes.
Dans le cas de l’or qui nous intéresse ici, cette isolation se fait à l’aide d’une matrice (sorte d’éponge) capturant préférentiellement les ions or (atomes d’or ayant gagné des électrons).
L’or est ensuite séparé de la matrice, soit par réaction chimique pour les matrices réutilisables, soit en brûlant la matrice.
Des paillettes d’or sont ensuite récupérées et peuvent être fondues pour obtenir des lingots.
La protéine de lait (whey), une matrice efficace
La protéine de lait , quand elle est dans un milieu acide et avec de hautes températures, s’arrange en filaments appelés fibrilles.
Ces filaments permettent d’obtenir une grande surface de contact et donc une grande capacité d’adsorption.
La matrice, obtenue par lyophilisation des fibrilles, a été testée pour vérifier sa sélectivité. Dans cette étude, la matrice retire 93,3% de l’or présent dans la solution. En comparaison, elle ne retire que 9% du fer et 0% du cuivre ou du plomb. La matrice est donc dite hautement sélective.
La matrice permet aussi de transformer les ions en paillettes en favorisant le rapprochement des atomes. La matrice, ayant capturé l’or, est brûlée à haute température afin de récupérer les paillettes qui sont ensuite refondues.
Les chercheurs ont ainsi récupéré 450 mg d’or 22 carats à partir de 20 cartes mères, et la valeur de l’or est 50 fois plus élevé que le coût pour le récupérer.
Ce rapport bénéfices/coûts est particulièrement intéressant pour une application industrielle.
Questions :
1) Pourquoi l’or est-il utilisé dans les appareils électriques ?
Excellent conducteur et pas oxydable
2) Que désigne l’expression 'mines urbaines' ?
Les appareils électroniques usagés
3) Quelle est la principale différence entre mines urbaines et mines conventionnelles ?
mines conventionnelles épuisables et posent des problèmes écologiques
mines urbaines règle un problème écologique et source durable
4) Comment l’or est-il récupéré lors du recyclage ?
Appareils dissout dans l’acide puis les ions d’or sont captés par une matrice pour être fondu en lingot.
5) Quelle est la particularité de la matrice à base de protéines de lait ?
Elles sont hautement sélective des ions or.
6) Combien d’or a été récupéré à partir de 20 cartes mères dans l’étude ?
(22 carats → 91,67 % d’or)
412,5 g
7) Quelle est la valeur de l’or récupéré par rapport au coût de récupération ?
50 fois plus élevé que le coût pour le récupérer
8) Quel est l’avantage principal du recyclage de l’or dans les appareils électroniques ?
règle un problème écologique et source durable