English
| Core | Supplement |
|---|---|
| 1 Describe the differences between elements, compounds and mixtures |
Français
| Fondamental | Supplémentaire |
|---|---|
| 1 Décrire les différences entre éléments, composés et mélanges |
Atomes, éléments et composés
Chimie IGCSE · Topic 2 · Sujet 2
16:46
Atomes & Liaisons
Regardez ces deux choses. Un diamant — le matériau le plus dur que vous puissiez acheter. Et le graphite doux et gris d'un crayon. Ils ne pourraient sembler plus différents. Pourtant, tous deux sont…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés
2.1
Elements, compounds and mixtures · Éléments, composés et mélanges
Syllabus · Programme
Source: Cambridge International syllabus · Source : Programme Cambridge International
English
All substances are made from about 100 simple building blocks. Knowing how they are joined lets you sort every substance into one of three groups.
- An element 元素 is a substance made of only one type of atom 原子. You cannot break it into anything simpler by a chemical reaction. Examples: copper, oxygen, carbon.
- A compound 化合物 is two or more elements chemically joined (bonded) together. The atoms are joined in a fixed ratio. Examples: water, carbon dioxide. A compound has different properties from the elements in it.
- A mixture 混合物 is two or more substances that are just mixed, not chemically joined. The parts keep their own properties and can be separated by physical methods. Example: air.
The key difference: in a compound the elements are bonded and can only be separated by chemical reactions; in a mixture they are not bonded and are easy to separate.
Français
Toutes les substances sont constituées d'environ 100 blocs de construction simples. Savoir comment ils sont assemblés permet de classer chaque substance dans l'un des trois groupes.
- Un élément 元素 est une substance constituée d'un seul type d'atome 原子. Vous ne pouvez pas le diviser en rien de plus simple par une réaction chimique. Exemples : cuivre, oxygène, carbone.
- Un composé 化合物 est deux éléments ou plus chimiquement liés (enchaînés) ensemble. Les atomes sont liés dans un rapport fixe. Exemples : eau, dioxyde de carbone. Un composé a des propriétés différentes des éléments qui le composent.
- Un mélange 混合物 est deux ou plusieurs substances qui sont simplement mélangées, pas chimiquement liées. Les composants conservent leurs propres propriétés et peuvent être séparés par des méthodes physiques. Exemple : air.
La différence clé : dans un composé, les éléments sont liés et ne peuvent être séparés que par des réactions chimiques ; dans un mélange, ils ne sont pas liés et sont faciles à séparer.
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Laboratoire sur les éléments, composés et mélanges
Classifiez les exemples quotidiens de particules selon leur composition.
Vocabulary · Vocabulaire
Train · Entrainer
| English · Anglais | Chinese · Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| element/ˈelɪmənt/ | 元素 | yuán sù |
| atom/ˈætəm/ | 原子 | yuán zi |
| compound/ˈkɒmpaʊnd/ | 化合物 | huà hé wù |
| mixture/ˈmɪkstʃə/ | 混合物 | hùn hé wù |
2.2
Atomic structure · Structure atomique
Syllabus · Programme
English
| Core | Supplement |
|---|---|
| 1 Describe the structure of the atom as a central nucleus containing neutrons and protons surrounded by electrons in shells | |
| 2 State the relative charges and relative masses of a proton, a neutron and an electron | |
| 3 Define proton number/atomic number as the number of protons in the nucleus of an atom | |
| 4 Define mass number/nucleon number as the total number of protons and neutrons in the nucleus of an atom | |
| 5 Determine the electronic configuration of elements and their ions with proton number 1 to 20, e.g. 2,8,3 | |
| 6 State that: (a) Group VIII noble gases have a full outer electron shell (b) the number of outer shell electrons is equal to the group number in Groups I to VII (c) the number of occupied electron shells is equal to the period number |
Français
| Fondamental | Supplémentaire |
|---|---|
| 1 Décrire la structure de l'atome comme un noyau central contenant des neutrons et des protons entourés d'électrons dans des coques | |
| 2 Énoncer les charges relatives et les masses relatives d'un proton, d'un neutron et d'un électron | |
| 3 Définir le numéro proton/nombre atomique comme le nombre de protons dans le noyau d'un atome | |
| 4 Définir le nombre de masse/nombre nucléonique comme le nombre total de protons et de neutrons dans le noyau d'un atome | |
| 5 Déterminer la configuration électronique des éléments et de leurs ions avec un numéro proton de 1 à 20, ex. 2,8,3 | |
| 6 Affirmer que : (a) les gaz nobles du Groupe VIII ont une couche externe d'électrons complète (b) le nombre d'électrons de la couche externe est égal au numéro de groupe dans les Groupes I à VII (c) le nombre de couches électroniques occupées est égal au numéro de période |
Source: Cambridge International syllabus · Source : Programme Cambridge International
English
Inside the atom
Every atom has a small, dense centre called the nucleus 原子核. Around it, electrons 电子 move in shells 电子层 (energy levels). The nucleus contains two kinds of particle: protons 质子 and neutrons 中子.
Each particle has a relative mass and a relative charge 电荷. You must learn these values:
| Particle | Relative mass | Relative charge |
|---|---|---|
| proton | 1 | $+1$ |
| neutron | 1 | $0$ |
| electron | $\frac{1}{1840}$ (almost 0) | $-1$ |
An atom has no overall charge because it has equal numbers of protons ($+1$ each) and electrons ($-1$ each).
Proton number and mass number
Two numbers describe an atom:
- The proton number 质子数 (also called the atomic number 原子序数) is the number of protons in the nucleus. It tells you which element the atom is.
- The mass number 质量数 (also called the nucleon number 核子数) is the total number of protons and neutrons in the nucleus.
So the number of neutrons $=$ mass number $-$ proton number.
Electronic configuration
The electrons fill the shells from the inside out. The first shell holds up to 2 electrons; the next shells hold up to 8 each (for the first 20 elements). The electronic configuration 电子排布 lists how many electrons are in each shell, starting from the inside.
For example, an atom with 13 electrons has the configuration $2,8,3$. Sodium (proton number 11) is $2,8,1$. Calcium (proton number 20) is $2,8,8,2$.
The configuration links to the Periodic Table 周期表:
- A Group 族 number (Groups I to VII) equals the number of electrons in the outer shell. So $2,8,1$ is in Group I.
- A Period 周期 number equals the number of shells that hold electrons. So $2,8,1$ has three shells, so it is in Period 3.
- The noble gases 稀有气体 in Group VIII (or 0) have a full outer shell, which makes them very unreactive.
Français
À l'intérieur de l'atome
Tout atome possède un petit centre dense appelé noyau nucleus 原子核. Autour de lui, les électrons 电子 se déplacent dans des coquilles 电子层 (niveaux d'énergie). Le noyau contient deux sortes de particules : les protons 质子 et les neutrons 中子.
Chaque particule a une masse relative et une charge relative 电荷. Vous devez apprendre ces valeurs :
| Particule | Masse relative | Charge relative |
|---|---|---|
| proton | 1 | $+1$ |
| neutron | 1 | $0$ |
| electron | $\frac{1}{1840}$ (presque 0) | $-1$ |
Un atome n'a aucune charge globale car il a un nombre égal de protons ($+1$ chacun) et d'électrons ($-1$ chacun).
Numéro protonique et numéro de masse
Deux nombres décrivent un atome :
- Le numéro protonique 质子数 (aussi appelé numéro atomique 原子序数) est le nombre de protons dans le noyau. Il indique quel élément est l'atome.
- Le numéro de masse 质量数 (aussi appelé numéronucléon 核子数) est le nombre total de protons et de neutrons dans le noyau.
Donc le nombre de neutrons $=$ numéro de masse $-$ numéro protonique.
Configuration électronique
Les électrons remplissent les coquilles de l'intérieur vers l'extérieur. La première coquille retient jusqu'à 2 électrons ; les suivantes retiennent jusqu'à 8 chacune (pour les 20 premiers éléments). La configuration électronique 电子排bur liste combien d'électrons sont dans chaque coquille, en commençant par l'intérieur.
Par exemple, un atome avec 13 électrons a la configuration $2,8,3$. Le sodium (numéro protonique 11) est $2,8,1$. Le calcium (numéro protonique 20) est $2,8,8,2$.
La configuration est liée au Tableau périodique 周期表 :
- Le numéro de Groupe 族 (Groupes I à VII) est égal au nombre d'électrons dans la couche externe. Donc $2,8,1$ est dans le Groupe I.
- Le numéro de Période 周期 est égal au nombre de coquilles contenant des électrons. Donc $2,8,1$ a trois coquilles, donc il est dans la Période 3.
- Les gaz nobles 稀有气体 dans le Groupe VIII (ou 0) ont une couche externe complète, ce qui les rend très inactifs.
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Couches électroniques
Modifiez le numéro atomique et observez les couches se remplir (2, 8, 8) — la configuration électronique des 20 premiers éléments.
Vocabulary · Vocabulaire
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| English · Anglais | Chinese · Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| nucleus/ˈnjuːklɪəs/ | 原子核 | yuán zǐ hé |
| electrons/ɪˈlektrɒnz/ | 电子 | diàn zi |
| shells/ʃelz/ | 电子层 | diàn zi céng |
| protons/ˈprəʊtɒnz/ | 质子 | zhì zi |
| neutrons/ˈnjuːtrɒnz/ | 中子 | zhōng zǐ |
| charge/tʃɑːdʒ/ | 电荷 | diàn hè |
| Group/ɡruːp/ | 族 | zú |
| Period/ˈpɪərɪəd/ | 周期 | zhōu qī |
| noble gases/ˈnəʊbl ˈɡæsɪz/ | 稀有气体 | xī yǒu qì tǐ |
2.3
Isotopes
Syllabus · Programme
English
| Core | Supplement |
|---|---|
| 1 Define isotopes as different atoms of the same element that have the same number of protons but different numbers of neutrons | 3 State that isotopes of the same element have the same chemical properties because they have the same number of electrons and therefore the same electronic configuration |
| 2 Interpret and use symbols for atoms, e.g. $^{12}_{6}\text{C}$, and ions, e.g. $^{35}_{17}\text{Cl}^-$ | 4 Calculate the relative atomic mass of an element from the relative masses and abundances of its isotopes |
Français
| Fondamental | Supplémentaire |
|---|---|
| 1 Définir les isotopes comme différents atomes du même élément ayant le même nombre de protons mais des nombres différents de neutrons | 3 Affirmer que les isotopes du même élément ont les mêmes propriétés chimiques car ils ont le même nombre d'électrons et donc la même configuration électronique |
| 2 Interpréter et utiliser les symboles pour les atomes, ex. $^{12}_{6}\text{C}$, et les ions, ex. $^{35}_{17}\text{Cl}^-$ | 4 Calculer la masse atomique relative d'un élément à partir des masses relatives et des abondances de ses isotopes |
Source: Cambridge International syllabus · Source : Programme Cambridge International
English
Isotopes 同位素 are atoms of the same element that have the same number of protons but different numbers of neutrons. Because the proton number is the same, they are the same element. Because the neutron number is different, they have different mass numbers.
You write an atom with its mass number on top and proton number below, like $^{12}_{6}\text{C}$. For an ion you add the charge, like $^{35}_{17}\text{Cl}^{-}$.
Isotopes of an element have the same chemical properties. This is because chemical reactions only involve electrons, and isotopes have the same number of electrons and the same electronic configuration. (The extra neutrons change only the mass.)
Calculating relative atomic mass
The relative atomic mass 相对原子质量 ($A_r$) of an element is the average mass of its atoms, taking into account how common each isotope is. The abundance 丰度 is the percentage of each isotope.
$$A_r = \frac{\sum (\text{isotope mass} \times \text{abundance})}{100}$$
For example, chlorine is 75% $^{35}\text{Cl}$ and 25% $^{37}\text{Cl}$:
$$A_r = \frac{(35 \times 75) + (37 \times 25)}{100} = 35.5$$
Worked example. Boron has two isotopes, $^{10}\text{B}$ and $^{11}\text{B}$, and its $A_r$ is 10.8. Find the percentage of each. Let the abundance of $^{11}\text{B}$ be $x$, so the abundance of $^{10}\text{B}$ is $(100 - x)$. Then
$$\frac{11x + 10(100 - x)}{100} = 10.8$$
so $11x + 1000 - 10x = 1080$, giving $x = 80$. Boron is 80% $^{11}\text{B}$ and 20% $^{10}\text{B}$. Check it against common sense: 10.8 lies closer to 11, so the heavier isotope must be the more common one. If your answer gives the majority to the isotope further from $A_r$, you have them the wrong way round.
Français
Les isotopes 同位素 sont des atomes du même élément qui ont le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons. Comme le numéro protonique est le même, ce sont le même élément. Comme le nombre de neutrons est différent, ils ont des numéros de masse différents.
Vous écrivez un atome avec son numéro de masse en haut et son numéro protonique en bas, comme $^{12}_{6}\text{C}$. Pour un ion, vous ajoutez la charge, comme $^{35}_{17}\text{Cl}^{-}$.
Les isotopes d'un élément ont des propriétés chimiques identiques. Cela s'explique par le fait que les réactions chimiques ne concernent que les électrons, et que les isotopes possèdent le même nombre d'électrons ainsi que la même configuration électronique. (Les neutrons supplémentaires modifient uniquement la masse.)
Calcul de la masse atomique relative
La masse atomique relative 相对原子质量 ($A_r$) d'un élément est la masse moyenne de ses atomes, en tenant compte de l'abondance de chaque isotope. L'abondance 丰度 correspond au pourcentage de chaque isotope.
$$A_r = \frac{\sum (\text{isotope mass} \times \text{abundance})}{100}$$
Par exemple, le chlore est composé à 75 % de $^{35}\text{Cl}$ et à 25 % de $^{37}\text{Cl}$ :
$$A_r = \frac{(35 \times 75) + (37 \times 25)}{100} = 35.5$$
Exemple résolu. Le bore possède deux isotopes, $^{10}\text{B}$ et $^{11}\text{B}$, et son $A_r$ est 10.8. Trouvez le pourcentage de chacun. Soit l'abondance de $^{11}\text{B}$ égale à $x$, donc l'abondance de $^{10}\text{B}$ est $(100 - x)$. Alors
$$\frac{11x + 10(100 - x)}{100} = 10.8$$
donc $11x + 1000 - 10x = 1080$, ce qui donne $x = 80$. Le bore est 80% $^{11}\text{B}$ et 20% $^{10}\text{B}$. Vérifiez cela à l'aide du bon sens : 10.8 se rapproche de 11, donc l'isotope le plus lourd doit être le plus courant. Si votre réponse attribue la majorité à l'isotope le plus éloigné de $A_r$, vous les avez inversés.
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Protons, neutrons et isotopes
Changez les neutrons pour créer des isotopes (même élément, nombre de masse différent) ; changez les électrons pour créer des ions.
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Laboratoire sur les isotopes
Classifiez les faits sur les isotopes selon le nombre de protons, de neutrons et de masse.
Vocabulary · Vocabulaire
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| English · Anglais | Chinese · Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| isotopes/ˈaɪsətəʊps/ | 同位素 | tóng wèi sù |
| relative atomic mass/ˈrelətɪv əˈtɒmɪk mæs/ | 相对原子质量 | xiāng duì yuán zi zhì liàng |
| abundance/əˈbʌndəns/ | 丰度 | fēng dù |
2.4
Ions and ionic bonds · Ions et liaisons ioniques
Syllabus · Programme
English
| Core | Supplement |
|---|---|
| 1 Describe the formation of positive ions, known as cations, and negative ions, known as anions | 5 Describe the giant lattice structure of ionic compounds as a regular arrangement of alternating positive and negative ions |
| 2 State that an ionic bond is a strong electrostatic attraction between oppositely charged ions | 6 Describe the formation of ionic bonds between ions of metallic and non-metallic elements, including the use of dot-and-cross diagrams |
| 3 Describe the formation of ionic bonds between elements from Group I and Group VII, including the use of dot-and-cross diagrams | 7 Explain in terms of structure and bonding the properties of ionic compounds: (a) high melting points and boiling points (b) good electrical conductivity when aqueous or molten and poor when solid |
| 4 Describe the properties of ionic compounds: (a) high melting points and boiling points (b) good electrical conductivity when aqueous or molten and poor when solid |
Français
| Fondamental | Supplémentaire |
|---|---|
| 1 Décrire la formation des ions positifs, appelés cations, et des ions négatifs, appelés anions | 5 Décrire la structure réseau géant des composés ioniques comme un arrangement régulier d'ions positifs et négatifs alternés |
| 2 Affirmer qu'une liaison ionique est une forte attraction électrostatique entre des ions de charges opposées | 6 Décrire la formation de liaisons ioniques entre des ions d'éléments métalliques et non métalliques, y compris l'utilisation de diagrammes point-croix |
| 3 Décrire la formation de liaisons ioniques entre des éléments des Groupes I et VII, y compris l'utilisation de diagrammes point-croix | 7 Expliquer, en termes de structure et de liaison, les propriétés des composés ioniques : (a) hauts points de fusion et d'ébullition (b) bonne conductivité électrique à l'état aqueux ou fondu et faible à l'état solide |
| 4 Décrire les propriétés des composés ioniques : (a) hauts points de fusion et d'ébullition (b) bonne conductivité électrique à l'état aqueux ou fondu et faible à l'état solide |
Source: Cambridge International syllabus · Source : Programme Cambridge International
English
An ion 离子 is an atom (or group of atoms) that has lost or gained electrons, so it has an electric charge.
- A metal atom loses electrons to form a positive ion, called a cation 阳离子.
- A non-metal atom gains electrons to form a negative ion, called an anion 阴离子.
Atoms do this to get a full outer shell, like a noble gas.
How an ionic bond forms
An ionic bond 离子键 is a strong electrostatic attraction 静电引力 between oppositely charged ions (a $+$ ion and a $-$ ion pull together).
Ionic bonds form between a metal 金属 and a non-metal 非金属. Take sodium chloride, $\text{NaCl}$. Sodium ($2,8,1$) gives its one outer electron to chlorine ($2,8,7$). Now sodium is $\text{Na}^{+}$ ($2,8$) and chlorine is $\text{Cl}^{-}$ ($2,8,8$). Both have full outer shells, and the opposite charges attract.
You can show this with a dot-and-cross diagram: draw each atom's outer-shell electrons as dots for one element and crosses for the other, then show the electron moving from the metal to the non-metal.
The structure and properties of ionic compounds
An ionic compound 离子化合物 is not made of separate molecules 分子. The ions pack together into a giant lattice 晶格 — a regular pattern of huge numbers of alternating 交替 positive and negative ions.
This structure explains the properties:
| Property | Reason |
|---|---|
| high melting point 熔点 and boiling point 沸点 | the strong electrostatic attraction between ions needs a lot of energy to break |
| poor electrical conductivity 导电性 when solid | the ions are fixed in place and cannot move |
| good conductor when molten 熔融 or aqueous 水溶液 | the ions are now free to move and carry charge |
Français
Un ion 离子 est un atome (ou groupe d'atomes) ayant perdu ou gagné des électrons, lui conférant ainsi une charge électrique.
- Un atome métallique perd des électrons pour former un ion positif, appelé cation 阳离子.
- Un atome non métallique gagne des électrons pour former un ion négatif, appelé anion 阴离子.
Les atomes font cela afin d'obtenir une couche externe complète, semblable à celle des gaz nobles.
Formation d'une liaison ionique
Une liaison ionique 离子键 est une forte attraction électrostatique 静电引力 entre des ions de charges opposées (un ion $+$ et un ion $-$ s'attirent mutuellement).
Les liaisons ioniques se forment entre un métal 金属 et un non-métal 非金属. Prenons le cas du chlorure de sodium, $\text{NaCl}$. Le sodium ($2,8,1$) cède son unique électron de valence au chlore ($2,8,7$). Le sodium devient alors $\text{Na}^{+}$ ($2,8$) et le chlore devient $\text{Cl}^{-}$ ($2,8,8$). Les deux disposent désormais de couches externes complètes, et leurs charges opposées s'attirent.
On peut représenter ce processus par un schéma point-croix : dessinez les électrons de valence de chaque atome sous forme de points pour un élément et de croix pour l'autre, puis montrez le transfert de l'électron du métal vers le non-métal.
Structure et propriétés des composés ioniques
Un composé ionique 离子化合物 n'est pas constitué de molécules séparées. Les ions s'empilent pour former un réseau géant lattice 晶格 — un motif régulier comportant d'immenses quantités d'ions alternés 交替 positifs et négatifs.
Cette structure explique les propriétés suivantes :
| Propriété | Raison |
|---|---|
| Point de fusion 熔点 élevé et point d'ébullition 沸点 élevé | La forte attraction électrostatique entre les ions nécessite beaucoup d'énergie pour être rompue |
| Mauvaise conductivité électrique 导电性 à l'état solide | Les ions sont fixés en place et ne peuvent pas se déplacer |
| Bon conducteur à l'état fondu 熔融 ou en solution aqueuse 水溶液 | Les ions sont désormais libres de se déplacer et de transporter la charge |
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Formation d'une liaison ionique (NaCl)
Suivez étape par étape. Un métal donne son électron externe à un non-métal ; les ions de charges opposées s'attirent alors et s'empilent en un réseau géant.
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Liaison ionique (transfert d'électron)
Suivez étape par étape : le métal donne son/ses électron(s) externe(s) au non-métal, les deux atteignent des couches complètes, et les ions + et − résultants s'attirent — une liaison ionique.
Vocabulary · Vocabulaire
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| English · Anglais | Chinese · Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| ion/ˈaɪɒn/ | 离子 | lí zi |
| cation/ˈkætaɪən/ | 阳离子 | yáng lí zi |
| anion/ˈænaɪən/ | 阴离子 | yīn lí zi |
| ionic bond/aɪˈɒnɪk bɒnd/ | 离子键 | lí zi jiàn |
| electrostatic attraction/ɪˌlektrəʊˈstætɪk əˈtrækʃn/ | 静电引力 | jìng diàn yǐn lì |
| lattice/ˈlætɪs/ | 晶格 | jīng gé |
| alternating/ˈɔːltəneɪtɪŋ/ | 交替 | jiāo tì |
| melting point/ˈmeltɪŋ pɔɪnt/ | 熔点 | róng diǎn |
| boiling point/ˈbɔɪlɪŋ pɔɪnt/ | 沸点 | fèi diǎn |
| electrical conductivity/ɪˈlektrɪkl kɒndəkˈtɪvɪti/ | 导电性 | dǎo diàn xìng |
| molten/ˈməʊltn/ | 熔融 | róng róng |
| aqueous/ˈeɪkwɪəs/ | 水溶液 | shuǐ róng yè |
2.5
Simple molecules and covalent bonds · Molécules simples et liaisons covalentes
Syllabus · Programme
English
| Core | Supplement |
|---|---|
| 1 State that a covalent bond is formed when a pair of electrons is shared between two atoms leading to noble gas electronic configurations | |
| 2 Describe the formation of covalent bonds in simple molecules, including $\text{H}_2$, $\text{Cl}_2$, $\text{H}_2\text{O}$, $\text{CH}_4$, $\text{NH}_3$ and $\text{HCl}$. Use dot-and-cross diagrams to show the electronic configurations in these and similar molecules | 4 Describe the formation of covalent bonds in simple molecules, including $\text{CH}_3\text{OH}$, $\text{C}_2\text{H}_4$, $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$ and $\text{N}_2$. Use dot-and-cross diagrams to show the electronic configurations in these and similar molecules |
| 3 Describe in terms of structure and bonding the properties of simple molecular compounds: (a) low melting points and boiling points (b) poor electrical conductivity | 5 Explain in terms of structure and bonding the properties of simple molecular compounds: (a) low melting points and boiling points in terms of weak intermolecular forces (specific types of intermolecular forces are not required) (b) poor electrical conductivity |
Français
| Fondamental | Supplémentaire |
|---|---|
| 1 Affirmer qu'une liaison covalente se forme lorsqu'une paire d'électrons est partagée entre deux atomes, conduisant à des configurations électroniques de gaz nobles | |
| 2 Décrire la formation de liaisons covalentes dans des molécules simples, y compris $\text{H}_2$, $\text{Cl}_2$, $\text{H}_2\text{O}$, $\text{CH}_4$, $\text{NH}_3$ et $\text{HCl}$. Utiliser des diagrammes point-croix pour montrer les configurations électroniques dans ces molécules et similaires | 4 Décrire la formation de liaisons covalentes dans des molécules simples, y compris $\text{CH}_3\text{OH}$, $\text{C}_2\text{H}_4$, $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$ et $\text{N}_2$. Utiliser des diagrammes point-croix pour montrer les configurations électroniques dans ces molécules et similaires |
| 3 Décrire, en termes de structure et de liaison, les propriétés des composés moléculaires simples : (a) bas points de fusion et d'ébullition (b) mauvaise conductivité électrique | 5 Expliquer, en termes de structure et de liaison, les propriétés des composés moléculaires simples : (a) bas points de fusion et d'ébullition en raison de faibles forces intermoléculaires (types spécifiques de forces intermoléculaires non requis) (b) mauvaise conductivité électrique |
Source: Cambridge International syllabus · Source : Programme Cambridge International
English
A covalent bond 共价键 forms when two atoms share a pair of electrons. By sharing, each atom gets a full outer shell (a noble gas configuration). Covalent bonds form between non-metal atoms.
Some molecules to know:
- $\text{H}_2$ — two hydrogen atoms share one pair of electrons (a single bond).
- $\text{Cl}_2$, $\text{HCl}$ — one shared pair each.
- $\text{H}_2\text{O}$ — oxygen shares one pair with each of two hydrogen atoms.
- $\text{NH}_3$ — nitrogen shares a pair with each of three hydrogen atoms.
- $\text{CH}_4$ — carbon shares a pair with each of four hydrogen atoms.
- $\text{O}_2$ and $\text{CO}_2$ have double bonds (two shared pairs); $\text{N}_2$ has a triple bond (three shared pairs); $\text{C}_2\text{H}_4$ and $\text{CH}_3\text{OH}$ also use shared pairs.
In a dot-and-cross diagram for a molecule, you draw the outer electrons of each atom and show which pairs are shared in the overlap between the atoms.
Properties of simple molecular compounds
These substances are made of small, separate molecules.
- They have low melting points and boiling points. The covalent bonds inside each molecule are strong, but the intermolecular forces 分子间作用力 (the forces between one molecule and the next) are weak, so little energy is needed to separate the molecules.
- They are poor conductors of electricity, because the molecules have no overall charge and no free electrons or ions to carry charge.
Français
Une liaison covalente 共价键 se forme lorsque deux atomes partagent une paire d'électrons. Grâce à ce partage, chaque atome obtient une couche externe complète (configuration de gaz noble). Les liaisons covalentes se forment entre des atomes non métalliques.
Quelques molécules à connaître :
- $\text{H}_2$ — deux atomes d'hydrogène partagent une paire d'électrons (liaison simple).
- $\text{Cl}_2$, $\text{HCl}$ — chacun partage une seule paire.
- $\text{H}_2\text{O}$ — l'oxygène partage une paire avec chacun de deux atomes d'hydrogène.
- $\text{NH}_3$ — l'azote partage une paire avec chacun de trois atomes d'hydrogène.
- $\text{CH}_4$ — le carbone partage une paire avec chacun de quatre atomes d'hydrogène.
- $\text{O}_2$ et $\text{CO}_2$ possèdent des liaisons doubles (deux paires partagées) ; $\text{N}_2$ possède une liaison triple (trois paires partagées) ; $\text{C}_2\text{H}_4$ et $\text{CH}_3\text{OH}$ utilisent également des paires partagées.
Dans un schéma point-croix pour une molécule, on dessine les électrons de valence de chaque atome et l'on indique quelles paires sont partagées dans la zone de recouvrement entre les atomes.
Propriétés des composés moléculaires simples
Ces substances sont constituées de petites molécules distinctes.
- Elles présentent des points de fusion et d'ébullition faibles. Bien que les liaisons covalentes à l'intérieur de chaque molécule soient fortes, les forces intermoléculaires 分子间作用力 (les forces entre une molécule et la suivante) sont faibles, nécessitant peu d'énergie pour séparer les molécules.
- Elles sont de mauvais conducteurs d'électricité, car les molécules n'ont pas de charge nette et ne possèdent ni électrons libres ni ions pour transporter la charge.
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Pourquoi une molécule a-t-elle sa forme
Les paires d'électrons partagées se repoussent et s'écartent autant que possible. Quatre paires de liaison et aucune paire libre donne une forme tétraédrique, comme le méthane (CH4).
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Liaison covalente (partage)
Étape par étape : deux atomes non métalliques se superposent et partagent une paire d'électrons — comptée pour les deux — afin que chacun atteigne une couche externe complète. Cette paire partagée est la liaison covalente ; O₂ partage deux paires (une double liaison).
Vocabulary · Vocabulaire
Train · Entrainer
| English · Anglais | Chinese · Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| covalent bond/ˈkəʊvələnt bɒnd/ | 共价键 | gòng jià jiàn |
| intermolecular forces/ˌɪntəməˈlekjʊlə ˈfɔːsɪz/ | 分子间作用力 | fèn zǐ jiàn zuò yòng lì |
| giant covalent structure/ˈdʒaɪənt ˈkəʊvələnt ˈstrʌktʃə/ | 巨型共价结构 | jù xíng gòng jià jié gòu |
2.6
Giant covalent structures · Structures géantes covalentes
Syllabus · Programme
English
| Core | Supplement |
|---|---|
| 1 Describe the giant covalent structures of graphite and diamond | 3 Describe the giant covalent structure of silicon(IV) oxide, $\text{SiO}_2$ |
| 2 Relate the structures and bonding of graphite and diamond to their uses, limited to: (a) graphite as a lubricant and as an electrode (b) diamond in cutting tools | 4 Describe the similarity in properties between diamond and silicon(IV) oxide, related to their structures |
Français
| Fondamental | Supplémentaire |
|---|---|
| 1 Décrire les structures géantes covalentes du graphite et du diamant | 3 Décrire la structure géante covalente de l'oxyde de silicium(IV), $\text{SiO}_2$ |
| 2 Relier les structures et liaisons du graphite et du diamant à leurs utilisations, limité à : (a) graphite comme lubrifiant et électrode (b) diamant dans les outils de coupe | 4 Décrire la similarité des propriétés entre le diamant et l'oxyde de silicium(IV), liée à leurs structures |
Source: Cambridge International syllabus · Source : Programme Cambridge International
English
Some covalent substances are not small molecules. Instead, millions of atoms are joined by covalent bonds into one giant covalent structure 巨型共价结构. The two you must know are both forms of carbon.
Diamond 金刚石: each carbon atom is bonded to four other carbon atoms. This makes a very strong, rigid 3-D network. Diamond is extremely hard, so it is used in cutting tools 切割工具.
Graphite 石墨: each carbon atom is bonded to only three others, forming flat layers 层. There are weak forces between the layers, so the layers can slide over each other — this makes graphite a good lubricant 润滑剂. The fourth outer electron of each carbon is free; these delocalised electrons 离域电子 can move, so graphite conducts electricity and is used as an electrode 电极.
Silicon(IV) oxide 二氧化硅 ($\text{SiO}_2$) has a giant covalent structure like diamond, so it is also very hard and has a very high melting point.
Français
Certains substances covalentes ne sont pas constituées de petites molécules. Des millions d'atomes sont liés par des liaisons covalentes pour former une seule structure géante covalente 巨型共价结构. Les deux exemples essentiels sont toutes deux des formes du carbone.
Diamant 金刚石 : chaque atome de carbone est lié à quatre autres atomes de carbone. Cela crée un réseau 3-D très solide et rigide. Le diamant est extrêmement dur, il est donc utilisé dans les outils de coupe 切割工具.
Graphite 石墨 : chaque atome de carbone n'est lié qu'à trois autres, formant des plans en couches 层. De faibles forces existent entre ces couches, permettant aux couches de glisser les unes sur les autres ; le graphite est ainsi un bon lubrifiant 润滑剂. Le quatrième électron de valence de chaque atome de carbone est libre ; ces électrons délocalisés 离域电子 peuvent se déplacer, ce qui confère au graphite une conductivité électrique et l'utilise comme électrode 电极.
Oxyde de silicium(IV) 二氧化硅 ($\text{SiO}_2$) possède une structure géante covalente similaire à celle du diamant, il est donc également très dur et présente un point de fusion très élevé.
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Labo structures géantes covalentes
Comparez les structures géantes covalentes par leur liaison et leurs propriétés.
Vocabulary · Vocabulaire
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| English · Anglais | Chinese · Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| diamond/ˈdaɪəmənd/ | 金刚石 | jīn gāng shí |
| cutting tools/ˈkʌtɪŋ tuːlz/ | 切割工具 | qiē gē gōng jù |
| graphite/ˈɡræfaɪt/ | 石墨 | shí mò |
| layers/ˈleɪəz/ | 层 | céng |
| lubricant/ˈluːbrɪkənt/ | 润滑剂 | rùn huá jì |
| delocalised electrons/dɪˈlɒkəlaɪzd ɪˈlektrɒnz/ | 离域电子 | lí yù diàn zi |
| electrode/ɪˈlektrəʊd/ | 电极 | diàn jí |
| silicon(IV) oxide/ˈsɪlɪkən ˈɒksaɪd/ | 二氧化硅 | èr yǎng huà guī |
2.7
Metallic bonding · Liaison métallique
Syllabus · Programme
English
| Core | Supplement |
|---|---|
| 1 Describe metallic bonding as the electrostatic attraction between the positive ions in a giant metallic lattice and a ‘sea’ of delocalised electrons | |
| 2 Explain in terms of structure and bonding the properties of metals: (a) good electrical conductivity (b) malleability and ductility |
Français
| Fondamental | Supplémentaire |
|---|---|
| 1 Décrire la liaison métallique comme une attraction électrostatique entre les ions positifs dans un réseau métallique géant et une « mer » d'électrons délocalisés | |
| 2 Expliquer, en termes de structure et de liaison, les propriétés des métaux : (a) bonne conductivité électrique (b) malléabilité et ductilité |
Source: Cambridge International syllabus · Source : Programme Cambridge International
English
A metal is a giant structure of positive ions surrounded by a 'sea' of delocalised electrons that are free to move through the whole metal. Metallic bonding 金属键 is the strong electrostatic attraction between these positive ions and the sea of electrons.
This explains two key properties of metals:
- Good electrical conductivity: the delocalised electrons are free to move and carry charge through the metal.
- Malleability 展性 (can be hammered into sheets) and ductility 延性 (can be pulled into wires): the layers of positive ions can slide over each other without breaking the metallic bond, so the metal changes shape instead of shattering.
Français
Un métal constitue une structure géante d'ions positifs entourés d'une « mer » d'électrons délocalisés libres de circuler dans tout le métal. La liaison métallique 金属键 est la forte attraction électrostatique entre ces ions positifs et la mer d'électrons.
Cela explique deux propriétés clés des métaux :
- Bonne conductivité électrique : les électrons délocalisés sont libres de se déplacer et de transporter la charge à travers le métal.
- Malleabilité 展性 (peut être martelé en feuilles) et ductilité 延性 (peut être étiré en fils) : les couches d'ions positifs peuvent glisser les unes sur les autres sans rompre la liaison métallique, permettant au métal de changer de forme plutôt que de se briser.
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À l'intérieur d'un métal — et pourquoi il se comporte ainsi
Étape par étape. Les ions positifs reposent dans une mer partagée d'électrons délocalisés — cette seule image explique la conduction et pourquoi les métaux se plient au lieu de casser.
Vocabulary · Vocabulaire
Train · Entrainer
| English · Anglais | Chinese · Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| metal/ˈmetl/ | 金属 | jīn shǔ |
| non-metal/nɒn ˈmetl/ | 非金属 | fēi jīn shǔ |
| ionic compound/aɪˈɒnɪk ˈkɒmpaʊnd/ | 离子化合物 | lí zi huà hé wù |
| molecules/ˈmɒlɪkjuːlz/ | 分子 | fèn zǐ |
| metallic bonding/məˈtælɪk ˈbɒndɪŋ/ | 金属键 | jīn shǔ jiàn |
| malleability/ˌmæləˈbɪlɪti/ | 展性 | zhǎn xìng |
| ductility/dʌkˈtɪlɪti/ | 延性 | yán xìng |
2.7
Exam tips · Conseils d'examen
English
- Number of neutrons = mass number − proton number. The proton number is what decides which element an atom is.
- Isotopes have the same chemical properties because reactions involve only electrons, and isotopes share the same electron configuration; only the mass differs.
- Match structure to properties: ionic = giant lattice (high melting point; conducts only when molten or aqueous); simple molecular = weak forces between molecules (low melting point; no conduction); giant covalent = very hard, very high melting point.
- Graphite conducts and is slippery (one free electron per carbon; layers slide); diamond does neither (all four electrons bonded, so hard and non-conducting). Metals conduct and bend thanks to the sea of delocalised electrons.
- For relative atomic mass, take the weighted average: $A_r = \dfrac{\sum(\text{isotope mass} \times \text{abundance})}{100}$.
Français
- Nombre de neutrons = nombre de masse − numéro atomique. Le numéro atomique (proton number) détermine l'identité chimique de l'atome.
- Les isotopes ont les mêmes propriétés chimiques car les réactions impliquent uniquement les électrons, et les isotopes partagent la même configuration électronique ; seule la masse diffère.
- Corrélation structure/propriétés : ionique = réseau géant (point de fusion élevé ; conduit uniquement à l'état fondu ou en solution) ; moléculaire simple = faibles forces entre les molécules (point de fusion bas ; aucune conduction) ; géante covalente = très dur, point de fusion très élevé.
- Le graphite conduit l'électricité et est glissant (un électron libre par carbone ; couches qui glissent) ; le diamant ne présente ni l'un ni l'autre (tous les quatre électrons sont liés, rendant la structure dure et isolante). Les métaux conduisent et se plient grâce à la mer d'électrons délocalisés.
- Pour la masse atomique relative, calculez la moyenne pondérée : $A_r = \dfrac{\sum(\text{isotope mass} \times \text{abundance})}{100}$.
Vocabulary · Vocabulaire
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| English · Anglais | Chinese · Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| proton number/ˈprəʊtɒn ˈnʌmbə/ | 质子数 | zhì zǐ shù |
| atomic number/əˈtɒmɪk ˈnʌmbə/ | 原子序数 | yuán zi xù shù |
| mass number/mæs ˈnʌmbə/ | 质量数 | zhì liàng shù |
| nucleon number/ˈnjuːklɪən ˈnʌmbə/ | 核子数 | hé zǐ shù |
| electronic configuration/ɪlekˈtrɒnɪk kənˌfɪɡjəˈreɪʃn/ | 电子排布 | diàn zi pái bù |
| Periodic Table/ˌpɪərɪˈɒdɪk ˈteɪbl/ | 周期表 | zhōu qī biǎo |
Interactive lessons on this topic · Leçons interactives sur ce sujet
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Traversez-le étape par étape, avec des exercices à vérification instantanée.
Past Papers · Épreuves Passées