Organisation de la matière : atomes, molécules, ions en 3ème
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de organisation de la matière : atomes, molécules, ions pour les élèves de 3ème. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Constituants de la matière : atomes, molécules, ions
- Structure de l'atome : noyau (protons, neutrons), électrons
- Élément chimique, symbole
- Notion de molécule, formule chimique
- Ions monoatomiques (Na⁺, Cl⁻, Cu²⁺, H⁺, OH⁻) ; cations, anions
- Conduction électrique des solutions ioniques
- Échelles dans l'Univers : du noyau à la galaxie (ordres de grandeur)
Structure de l'atome : noyau et électrons
Un atome est la plus petite particule d'un élément chimique. Il est composé d'un noyau (très dense, au centre) contenant des protons et des neutrons, autour duquel tournent des électrons.
Exemple
Un atome d'or dans une bague : le noyau, minuscule, est au centre ; les électrons se trouvent autour de lui, dans un « nuage électronique » qui occupe presque tout le volume de l'atome, lequel est essentiellement vide.
À retenir : Protons et neutrons sont dans le noyau ; les électrons se déplacent autour du noyau.
Protons, neutrons et électrons
Le proton est une particule positive du noyau. Le neutron est une particule neutre du noyau. L'électron est une particule négative qui se déplace autour du noyau.
Exemple
Dans un atome de carbone : 6 protons, le plus souvent 6 neutrons (parfois 7 ou 8) dans le noyau, et 6 électrons qui se déplacent autour.
À retenir : Protons = charge positive, neutrons = neutre, électrons = charge négative.
Élément chimique et symbole
Un élément chimique est défini par le nombre de protons dans son noyau (appelé numéro atomique). Chaque élément a un symbole unique : une ou deux lettres.
Exemple
L'oxygène (O) a toujours 8 protons, l'hydrogène (H) a toujours 1 proton. Le sodium (Na) a toujours 11 protons.
À retenir : Le numéro atomique (nombre de protons) définit l'élément ; chaque élément a un symbole unique.
Molécule et formule chimique
Une molécule est un assemblage d'atomes liés ensemble. La formule chimique indique quels atomes composent la molécule et en quel nombre.
Exemple
L'eau (H₂O) : 2 atomes d'hydrogène + 1 atome d'oxygène. Le dioxyde de carbone (CO₂) : 1 carbone + 2 oxygènes.
À retenir : Une molécule = atomes unis ; la formule chimique indique la composition exacte.
Ion monoatomique : cation et anion
Un ion est un atome qui a perdu ou gagné des électrons. Un cation est un ion positif (il a perdu des électrons). Un anion est un ion négatif (il a gagné des électrons).
Exemple
L'ion sodium (Na⁺) : un atome de sodium a perdu 1 électron, donc il est positif. L'ion chlorure (Cl⁻) : un atome de chlore a gagné 1 électron, donc il est négatif.
À retenir : Cation = positif (perte d'électrons) ; anion = négatif (gain d'électrons).
Ions courants
Certains ions sont formés d'un seul atome (ions monoatomiques), d'autres de plusieurs atomes (ions polyatomiques). Il faut savoir reconnaître les plus courants.
Exemple
Ions monoatomiques : Na⁺ (sodium, perte d'un électron), Cl⁻ (chlorure, gain d'un électron), Cu²⁺ (cuivre, perte de deux électrons), H⁺ (hydrogène, perte d'un électron). Ion polyatomique : OH⁻ (hydroxyde, formé d'un atome d'oxygène et d'un atome d'hydrogène).
À retenir : Na⁺, Cl⁻, Cu²⁺ et H⁺ sont des ions monoatomiques ; OH⁻ est un ion polyatomique (2 atomes).
Conduction électrique des solutions ioniques
Une solution ionique contient des ions (cations et anions) dispersés. Quand on plonge deux électrodes dans cette solution et qu'on la branche à une batterie, les ions se déplacent et le courant électrique passe.
Exemple
L'eau salée (NaCl dissous dans l'eau) conduit l'électricité car elle contient Na⁺ et Cl⁻ qui se déplacent. L'eau pure ne conduit presque pas le courant.
À retenir : Les solutions ioniques conduisent l'électricité car les ions se déplacent vers les électrodes.
Ordres de grandeur dans l'Univers
De l'infiniment petit (noyau atomique) à l'infiniment grand (galaxies), les tailles varient énormément. On utilise les puissances de 10 pour les comparer.
Exemple
Noyau atomique : environ $10^{-15}$ m ; atome : environ $10^{-10}$ m ; Terre : environ $10^{7}$ m ; Voie lactée (notre galaxie) : environ $10^{21}$ m ; Univers observable : environ $10^{27}$ m (diamètre voisin de $9 \times 10^{26}$ m).
À retenir : Le noyau est environ 100 000 fois plus petit que l'atome ($10^{-10} \div 10^{-15} = 10^5$).
Les points clés
- Structure atomique : noyau (protons + neutrons) + électrons autour
- Élément chimique = défini par son numéro atomique (nombre de protons)
- Molécule = atomes liés ; formule chimique = composition exacte
- Ion = atome ayant perdu (cation +) ou gagné (anion -) des électrons
- Ions courants : Na⁺, Cl⁻, Cu²⁺, H⁺ (monoatomiques) et OH⁻ (polyatomique)
- Solutions ioniques conduisent l'électricité par déplacement des ions
- Ordres de grandeur : du noyau ($10^{-15}$ m) à la galaxie ($10^{21}$ m) et à l'Univers observable ($10^{27}$ m)
L'essentiel
La matière est composée d'atomes (noyau + électrons) ; les atomes liés forment des molécules ; les atomes ionisés forment des ions qui conduisent l'électricité en solution.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
L'atome de cuivre (Cu) possède 29 protons. Combien d'électrons a-t-il ? Combien d'électrons a l'ion Cu²⁺ ?
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Une solution contient de l'eau et du chlorure de sodium (NaCl) dissous. Explique pourquoi cette solution conduit l'électricité.
Corrige cet exercice avec le tuteur →