Constitution de la matière/Structure de l'atome

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Sommaire 1 Le modèle de l'atome 1.1 Une structure lacunaire 1.2 Charge de l'atome 1.3 Masse de l'atome 2 Le noyau 2.1 Les particules qui le constituent 2.2 Définition des notations Z et A 2.3 Charge du noyau 2.4 Noyaux isotopes 3 Le nuage électronique 3.1 Répartition des électrons 4 Masse de l'atome 5 Liens avec Wikipédia

[modifier] Le modèle de l'atome

[modifier] Une structure lacunaire

Le volume occupé par le noyau de l'atome est environ 10⁵ fois plus petit que le volume occupé par l'atome.

Entre la périphérie de l'atome et le noyau, il y a du vide dans lequel gravitent les électrons.

[modifier] Charge de l'atome

L'atome est électriquement neutre, en effet il est composé de neutrons, qui sont électriquement neutres, de protons, qui sont électriquement positifs, et d'électrons, qui sont électriquement négatifs.

La charge du proton (notée +e) et la charge de l'électron (notée -e) étant opposées et l'atome ayant la même proportion de protons et d'électrons, alors les charges électriques des protons et des électrons s'annulent et l'atome est électriquement neutre.

[modifier] Masse de l'atome

Définition

La masse d'un atome est la somme de la masse des électrons, de la masse des protons et de la masse des neutrons matome = mélectrons + mprotons + mneutrons

[modifier] Le noyau

[modifier] Les particules qui le constituent

Le noyau est composé de neutrons et de protons, ce sont des nucléons. Les protons (notés p) et les neutrons (notés n) ont sensiblement la même masse, mais ils ont une charge différente.

L'unité de charge est le Coulomb (C).

Le neutron étant électriquement neutre (d'où son nom) sa charge est égale à 0 C. La charge du proton est aussi la charge élémentaire e, qui est la plus petite charge électrique que puisse porter une particule.

Définition

[modifier] Définition des notations Z et A

• Z est le numéro atomique, il correspond au nombre de protons contenus dans le noyau; on l'appelle aussi nombre de charges.
• A correspond au nombre de nucléons (protons et neutrons) ou nombre de masses.

La représentation symbolique d'un atome est : (où X est le symbole de l'atome)

Le nombre de neutrons d'un atome est alors égal à A-Z.

Exemple

L'atome d'or : (Au est le symbole chimique de l'or) 197 : le noyau contient 197 nucléons. 79 : le noyau contient 79 protons et l'atome 79 électrons. 197-79 = 118, le noyau contient donc 118 neutrons. L'atome d'or est donc composé de 118 neutrons, 79 protons et 79 électrons.

[modifier] Charge du noyau

Le noyau étant composé de neutrons et de protons, il est donc chargé positivement.

La charge du noyau est égal au nombre de protons multiplié par la charge du proton, e.

Propriété

Qnoyau = Z × e

Exemple

Pour l'or, Z = 79 Qnoyau or = 79 × e Qnoyau or = 79 × 1,6 × 10⁻¹⁹ Qnoyau or = 1,3 × 10-17 C

[modifier] Noyaux isotopes

Les isotopes sont des atomes qui ont le même numéro atomique Z, mais un nombre de masse A différent.
Ils ont le même nombre de protons et d'électrons mais un nombre de neutrons différent.
Un atome peut avoir plusieurs isotopes.

Exemple

Le carbone (« carbone 12 ») a plusieurs isotopes dont le plus connu est le ou « carbone 14 ».

[modifier] Le nuage électronique

Le nuage électronique est composé d'électrons, notés e⁻. L'électron est chargé négativement, de charge -e, soit - 1,6 × 10⁻¹⁹ C.
La masse de l'électron est : m_e⁻ = 9,109 × 10^-31 kg, soit environ 2000 fois plus faible que celle des protons et des neutrons, elle sera souvent négligée.

La charge d'un nuage électronique est égale à :

Propriété

Qnuage = Z × (-e)

[modifier] Répartition des électrons

Les électrons sont répartis en différentes couches électroniques. Ces couches sont désignées par les lettres K, L, M, etc.

Chaque couche ne peut contenir qu'un nombre défini d'électrons :

• K peut contenir 2 électrons
• L peut en contenir 8
• M peut en contenir 18

Pour écrire la structure électronique d'un atome, on remplit successivement les couches en commençant par la couche K, puis L, puis M.
La dernière couche contenant les électrons s'appelle la couche externe, les autres couches, plus proches du noyau, sont dites couches internes.

Exemple

Atome de phosphore 15P. Il possède donc 15 électrons. Couche K : 2 électrons (il reste 13 électrons) Couche L : 8 électrons (il reste 5 électrons) Couche M : 5 électrons (la couche externe n'est pas obligatoirement remplie). La structure électronique de l'atome de phosphore est : (K)² (L)⁸ (M)⁵

Ici les couches K et L sont dites saturées car elles ne peuvent plus accepter d'électrons.

Les atomes dont les couches électroniques externes sont saturées sont les atomes les plus stables, ce sont les gaz nobles, comme l'hélium, le néon ou l'argon.

Exemple

Hélium : He : (K)² Néon : Ne : (K)² (L)⁸ Argon : Ar : (K)² (L)⁸ (M)⁸

[modifier] Masse de l'atome

Nous avons vu que la masse du proton et du neutron étaient à peu près égale et que la masse de l'électron était négligeable face à la masse de ces particules, on peut donc formuler la masse de l'atome comme ceci :

m_atome = m_électrons + m_protons + m_neutrons
m_atome = m_protons + m_neutrons
m_atome = m_nucléons

Propriété

matome = A × mp ou matome = A × mn

[modifier] Liens avec Wikipédia

Atome