Qu'est-ce que le courant électrique dans un métal ou dans une solution ? ....

sommaire
1. Historique des modèles de l'atome
1.1 notion de modèle 1.2 évolution du modèle de l'atome au cours de l'histoire 1.3 évolution du modèle de la matière au collège (5°-4°) 1.4 Le modèle de l'atome en 3°
2. Carte "d'identité" des atomes
2.1 Diamètre de l'atome 2.2 masse atomique 2.3 charges électriques d'un noyau
3. Le courant électrique dans les matériaux
3.1 Dans les métaux 3.2 Le courant électrique Dans les matériaux isolants 3.3 Le courant électrique Dans les nouveaux matériaux , les semi-conducteurs
4. Le courant électrique dans les liquides
4.1 Les liquides et l'électricité 4.2 Les différents types d'ions 4.3 La conduction dans les liquides

 

atome de bohr 1. Historique des modèles de l'atome :

1.1 notion de modèle:

Un modèle est un "outil" qui permet de prévoir et d'interpréter certains phénomènes réels. En Sciences, le modèle est un peu faux par rapport à la réalité, ce n'est pas "l'image" du réel , c'est une construction de l'esprit, il est donc susceptible d'être modifié. Cependant, il est bien utile pour comprendre et peut être la clé de l'interprétation.......

Un modèle scientifique est toujours provisoire. En effet, au fil des découvertes et des perfectionnements de l'instrumentation, un nouveau modèle devient nécessaire lorsque les faits ne peuvent être expliqués avec l'ancienne théorie.

1.2 Évolution du modèle de l'atome au cours de l'histoire:

démocrite

  Aristote Dalton Avogadro
Démocrite (-460-370) Aristote (-384-322) Dalton (1766-1844) Avogadro(1776-1856)

Faraday

Thomson

Rutherford

De Broglie

Faraday(1791-1867) Thomson(1856-1940) Rutherford(1871-1937) De Broglie (1892-1927)

1.3 Évolution du modèle de la matière en collège (5° - 4°):

Le modèle de la matière que vous avez utilisé en cinquième a évolué en 4° pour expliquer les réactions chimiques.....

  modèle de l'air 5°

   

molécule d'eau

 

Modèle utilisé en 5°:

La matière est discontinue, elle est formée de particules insécables, indéformables, extrêmement petites et dont la masse se conserve. L'agitation des particules est liée à la température.

Ce modèle permet de comprendre:

  • les changements d'état de la matière
  • le comportement des gaz .
    Modèle utilisé en 4°:

Les particules pour les liquides et les gaz sont des molécules. Les molécules sont elles-mêmes constituées de particules indéformables: les atomes.

Ce modèle permet de comprendre les réactions chimiques :

  • au cours d'une réaction chimique, les molécules des réactifs sont détruites et leurs atomes sont réorganisés dans des molécules nouvelles des produits formés.
  • conservation des atomes en nombre et en nature
 

1.4 Le modèle de l'atome en 3°:

L'atome est une particule électriquement neutre.

  • La charge positive de l'atome et sa masse sont concentrées au centre de celui-ci dans une région appelée "noyau".
  • La charge négative de l'atome est répartie dans un "cortège électronique" qui entoure le noyau.

2. Carte "d'identité" des atomes

Bien qu'invisibles à l' oeil nu, les scientifiques savent déterminer leurs masses et leurs dimensions.

2.1 Diamètre de l'atome:

Imaginons:....un ballon de foot de diamètre 25cm. S'il avait un noyau 100.000 fois plus petit, celui-ci serait égal à 0,00025cm soit 2,5 micromètres!!. et le reste ?? du vide.......

L'atome est surtout constitué de vide.

Imaginons encore ...: Il y a autant de gouttes d'eau de diamètre de 4mm dans la mer Méditerranée que de molécules d'eau dans cette goutte!....

2.2 masse atomique:

La masse de l'atome dépend de sa nature. La masse totale des électrons est négligeable devant celle du noyau (2000 fois plus faible) . Elle est concentrée dans son noyau.

masse de l'électron: 9.10-31 kg masse du noyau d'Hydrogène(H): 2.10-27 kg

Calculons:.. L'atome est si petit que l'on compte des milliards d'atomes dans quelques grammes de matière.

Un atome d'Uranium (U) qui est un des plus lourds qui existe a une masse de 3,95.10-25kg.calculons le nombre d'atomes pour obtenir 1 gramme soit 10-3 kg d'uranium.

soit . Il faut donc réunir 2,5 milliards de milliards d'atomes pour 1g !...

2.3 charges électriques d'un noyau :

L'atome est électriquement neutre.

  • Le nombre de charges positives dans le noyau est égal au nombre de charges négatives : les électrons (notés e-) qui entourent le noyau (cortège électronique).
  • Le nombre de charges positives dans le noyau est caractéristique de l'atome: on le note Z; c'est le numéro atomique de l'atome.

Dans la classification périodique des éléments, les éléments sont classés par numéro atomique croissant.

L'univers tout entier y est résumé!. Notre univers si riche (des milliards de molécules différentes) et si simple à la fois ne doit sa diversité qu'à une centaine d'atomes seulement.!...

vous doutez ? alors essayer de voir combien de mots pouvez-vous trouver avec les 5 lettres du mot A T O M E. Impressionnant non ? C'est le même principe pour les atomes.

Historiquement, c'est Mendeleïev qui a établi les bases de ce tableau.

Utilisons:.. dans le tableau nous trouvons la case du cuivre (Cu

Z=29 Les renseignements donnés sont : l'atome de cuivre comporte 29 électrons dans le nuage électronique et 29 charges positives portées par le noyau.

Le courant électrique

Le courant électrique qui traverse un conducteur correspond à un déplacement de porteurs de charges électriques. Dans les isolants, il n'y a pas de déplacement de porteurs de charges.

3. Le courant électrique dans les matériaux

3.1 Dans les métaux

Les métaux sont conducteurs d'électricité. Les porteurs de charges mobiles sont les électrons libres. Ils se déplacent dans le sens inverse du courant conventionnel ! c'est à dire, ils se déplacent de la borne négative du générateur vers la borne positive.

C'est Ampère (1821) qui a fixé arbitrairement le sens du courant car il ne connaissait pas la nature des charges en mouvement .

qu'est-ce qu'un électron libre?

Chaque atome de métal porte au moins un électron peu lié au noyau. Cet électron peut passer d'un atome à un autre, ces électrons "mobiles" sont appelés électrons de conduction ou électrons libres.

sans générateur         avec générateur
e- libres : mouvement désordonné         e- libres : mouvement ordonné

vitesse de déplacement des électrons: Les électrons se déplacent seulement de quelques millimètres par minute alors que l'ordre de mise en mouvement est de plusieurs milliers de kilomètres par seconde.

3.2 Le courant électrique Dans les matériaux isolants

Il n'y a pas d'électrons de conduction.

3.3 Le courant électrique Dans les nouveaux matériaux , les semi-conducteurs

On a ajouté à la structure d'un matériau très faiblement conducteur comme le germanium (Ge) ou le silicium (Si) quelques atomes étrangers d-ans des proportions précises. Ces matériaux deviennent conducteurs selon certains paramètres. 

Leur application est très importante en électronique (puces d'ordinateur...). carte mère ordinateur

 

4. Le courant électrique dans les liquides

4.1 Les liquides et l'électricité

Il n'y a pas d'électrons libres dans les solutions conductrices. Les charges électriques mobiles qui permettent la conduction de l'électricité des solutions conductrices (eau salée, eau savonnée...) appartiennent à des espèces chimiques appelées IONS.

nom donné par Faraday(1833) ;en grec "allant".

Dans les solutions isolantes (eau sucrée, eau distillée,..) il y a des molécules mais pas d'ions.

mesures de sécurité dans les salles de bain: Les risques d'électrocution augmentent avec l'humidité. Aussi les installations électriques dans certains lieux doivent répondre à des normes de sécurité strictes. Par exemple, les appareils électriques doivent être de classe II; le circuit électrique est moulé dans une coque isolante en matière plastique.

4.2 Les différents types d'ions

4.2.1 les ions monoatomiques:

Lorsqu'un atome perd ou gagne un ou plusieurs électrons, il devient alors un ION. C'est une particule électriquement chargée possédant le même noyau que l'atome correspondant.

L'ion est soit électrisé positivement, c'est un ion positif (il a perdu un ou plusieurs électrons) ou négativement c'est un ion négatif (il a gagné un ou plusieurs électrons).

appliquons:.. dans le tableau nous trouvons la case du chlore (Cl)

remarque: la plupart des ions monoatomiques possèdent le même nom que l'atome correspondant.

étiquette eau minérale Ainsi si vous regardez l'étiquette d'une bouteille d'eau minérale, vous pouvez lire:
  • Calcium (ion calcium Ca2+ ,ion positif . L'atome a perdu 2 électrons)
  • Magnésium(ion magnésium Mg2+ ,ion positif . L'atome a perdu 2 électrons)
  • Sodium ( ion sodium Na+,ion positif L'atome a perdu 1 électron)
  • Potassium ( ion potassium K+,ion positif L'atome a perdu 1 électron)

Selon les étiquettes, ce sont les noms des ions ou leurs formules qui y sont inscrits

4.2.1 les ions polyatomiques:

Les ions polyatomiques sont formés de plusieurs atomes . C'est le groupe d'atomes qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.

appliquons:.. Sur l'étiquette nous lisons: l'ion nitrate (le groupe d'atome a gagné un électron, c'est un ion négatif )

4.3 La conduction dans les liquides

4.3.1 Electroneutralité des solutions

Une solution aqueuse (le solvant est l'eau) est électriquement neutre. Dans une solution conductrice, le nombre d'ions positifs et le nombre d'ions négatifs est tel que la charge totale est nulle même lorsque le courant circule!.

appliquons:..

  1. Une solution salée contient: des molécules d'eau (solvant) , des ions sodium portant la charge positive (Na+), des ions chlorures portant la charge négative (Cl-) . On notera cette solution: Na++ Cl-
  2. Une solution de chlorure de cuivre II contient: des molécules d'eau (solvant) , des ions cuivre II portant les charges positives (Cu2+), des ions chlorures portant la charge négative (Cl-) . On notera cette solution: Cu2++ 2Cl-

4.3.2 Le sens de déplacement des ions

En l'absence de tension électrique, les ions positifs(cations) et les ions ions négatifs (les anions) se déplacent de façon désordonnée entre les molécules d'eau de la solution. En présence d'une tension entre les deux électrodes, les ions positifs et les ions négatifs se déplacent en sens inverse les uns des autres: il y a double migration d'ions.

Électrolyse d' une solution de chlorure de sodium.(eau salée)

Lorsque le circuit est fermé :

  • Les ions chlorure se dirigent vers l'anode(électrode reliée au + du générateur).
  • Les ions sodium se dirigent vers la cathode(électrode reliée au - du générateur).
  • Il se produit des dégagements gazeux au niveau des électrodes à l'intérieur de l'électrolyseur (cuve contenant la solution)
  • les électrons libres circulent dans les connexions.