Chim. N° 04 |
Modèle de l'atome. Cours |
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QCM : Les Atomes 01(Questy) |
Exercices 2005-2006 |
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Physique et Chimie seconde Collection DURANDEAU HaCHETTE |
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Exercice 3 page 70 |
Exercice 13 page 70 |
Exercice 16 page 70 |
Exercice 20 page 70 |
Exercice 24 page 71 |
Exercice 31 page 72 |
Pour aller plus loin :
Mots clés : L'atome ; structure de l'atome ; le proton, le neutron et l'électron ; particules élémentaires ; l'élément chimique les isotopes ; le cortège électronique ; Principe de Pauli ; Règle de Klechkowski ; ... |
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- Toute substance, vivante ou inerte, est constituée à partir d’atomes. - Ils sont le plus souvent associés les uns aux autres pour former des assemblages plus ou moins complexes. - Ils peuvent former des réseaux cristallins (les métaux) ou des molécules (la molécule d’eau). - La connaissance de l’atome et l’étude de sa structure datent du XIXe siècle. - Le britannique Thomson découvrit l’électron et Rutherford mis en évidence la structure lacunaire de l’atome (1897). |
- Un atome est une entité constituée : - d’un noyau et - d’électrons en mouvement dans le vide autour du noyau. - Le noyau : - Le noyau est constitué de particules appelées nucléons. - Les nucléons sont de deux types : les protons et les neutrons. - Caractéristiques du proton : - Masse : .......................mp = 1,67265 x 10 – 27 kg - Charge :....................... + e = 1,602189 x 10 – 19 C - C est le symbole du Coulomb unité de charge électrique - Caractéristiques du neutron : - Masse :.......................mn = 1,67496 x 10 – 27 kg - Charge :.......................nulle - Remarque : e représente la charge élémentaire. - Toute charge électrique s’exprime en - un nombre entier de charges élémentaires : - q = n . e
- La
masse du neutron est voisine de celle du proton :
mp
≈
mn |
- Caractéristiques de l’électron : - me = 9,10953 x 10 – 31 kg - et – e = – 1,602189 x 10 – 19 C - Mouvement des électrons autour du noyau : - Les électrons d’un atome se déplacent - à grande vitesse et à grande distance autour du noyau. - Ils n’ont pas de trajectoire bien définie. - C’est pour cela que l’on parle de nuage électronique. - On peut délimiter une région de l’espace autour du noyau ou - la probabilité de trouver l’électron est maximale. - La masse du proton est environ 1846 fois celle de l’électron. |
3)-
Grandeurs caractéristiques d’un atome ou du noyau d’un atome.
- Le nombre de nucléons est noté
A,
on l’appelle aussi le nombre de masse. - Le nombre de protons que contient le noyau est noté Z.
- On l’appelle aussi le numéro atomique ou le nombre de charge.
- Les deux nombres
A
et Z suffisent pour caractériser
un noyau. - L’atome étant électriquement neutre : - Le nombre d’électrons d’un atome est égal au nombre de protons.
- On dit que l’électroneutralité est vérifiée pour tout atome. |
- Les atomes sont représentés par des symboles : - En général, la première lettre du nom écrite en majuscule. - On rajoute parfois une deuxième lettre écrite en minuscule pour éviter les confusions. - On trouve les symboles de tous les atomes dans
-
la classification périodique
que l’on étudiera plus tard.
- Le symbole du noyau s’obtient à partir du symbole de l’atome correspondant. - Exemple : - Symbole de l’atome d’hydrogène : H, - Symbole du noyau :
- Nombre de protons : 1 - Nombre de neutrons : 1 - Nombre d’électrons : 1 - Formule générale du noyau d’un atome :
- Exemple :
- L’atome de cuivre est constitué de - 29 protons, - 34 neutrons - 29 électrons. - Un atome comprend : - Z protons, - Z électrons - A – Z neutrons. - Les deux grandeurs A et Z permettent de caractériser un noyau ou un atome. |
- Atome le plus léger : Atome d’hydrogène : mH = 1,67 x 10 – 27 kg - L’un des plus lourd : Atome d’uranium : mU = 3,95 x 10 – 25 kg - Il est environ 240 fois plus lourd. La masse d’un atome est essentiellement concentrée sur son noyau car la masse des électrons est négligeable devant celle des nucléons
mp
≈ 1846 me - La masse d’un atome de nombre de masse A : m Atome ≈ A . mH |
- L’atome appartient
au domaine de l’infiniment petit. - Le plus petit des atomes : Atome d’hydrogène : rH
≈ 52,9 pm.
- L’un des plus gros : Atome de Césium : r
Cs
≈
265 pm
-
Le rayon des atomes est de l’ordre de 100 pm.
-
Le rayon de l’atome est 100 000 fois plus gros que celui du noyau.
- Entre les électrons et le noyau, il n’y a que le vide.
-
L’atome a une structure lacunaire. |
- Définition : Des atomes sont isotopes si leurs noyaux possèdent le même nombre de protons mais des nombres différents de neutrons. |
- Exemple :
- On considère les nucléides (Z, A) suivants : (6,12), (6,13), (6,14).
- On remarque que Z = 6.
- Cette valeur de Z caractérise l’élément carbone de symbole C.
Atomes isotopes |
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12 6 |
C |
|
13 6 |
C |
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14 6 |
C |
98,9 % |
1,1 % |
Traces |
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Composition d'un morceau de graphite |
- pour les nommer, on ajoute à leur nom le nombre de nucléons de leur noyau :
-
On parle de carbone 12,
de carbone 13 et de carbone 14.
- Définition : - Un ion provient d’un atome ou d’un groupement d’atomes ayant gagné ou perdu un ou plusieurs électrons.
- Un anion (ion chargé moins) résulte de la capture d’un ou plusieurs électrons. - Un cation (ion chargé plus) résulte de la perte d’un ou plusieurs électrons. - Exemples d’ions monoatomiques : - Cl – : - L’ion chlorure provient d’un atome de chlore ayant gagné 1 électron. - On peut dans ce cas écrire :
Cl
+ e –
→ Cl
–
- Na + : - L’ion sodium provient d’un atome de sodium ayant perdu 1 électron. - On peut donc écrire dans ce cas :
Na
→
Na
+
+
e – - Lors du passage d’un atome à un ion monoatomique, seul le nombre d’électrons change, le noyau lui n’est pas affecté. |
- Exemples :
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Formule
de l’ion |
Charge
de l’ion |
Symbole
du noyau |
Nombre
de protons |
Nombre
de neutrons |
Nombre
d’électrons |
||
Ion
chlorure |
Cl – |
– e |
|
17 |
18 |
18 |
||
Ion
cuivre II |
Cu 2+ |
+ 2 e |
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29 |
34 |
27 |
- Exemple de l’élément cuivre :
- Une première définition : L’élément cuivre représente ce qui est commun au cuivre métal et à tous ses composés. |
- L’élément cuivre représente ce qui est commun au cuivre métal et à tous ses composés.
- Le cuivre métal, l’ion cuivre II, l’oxyde de cuivre II, l’hydroxyde de cuivre II contiennent l‘élément cuivre.
- Le numéro atomique :
- Le numéro atomique Z caractérise un élément chimique.
- Tous les représentants (atomes ou ions) d’un élément ont un noyau comportant Z protons.
- Tous les atomes d’un même élément ont le même cortège électronique et des propriétés chimiques identiques.
- Conservation de l’élément chimique :
- Au cours des réactions chimiques, les différents éléments se conservent.
- Les éléments présents avant la transformation sont présents après la réaction.
- Les électrons d’un atome ou d'un ion se répartissent en couches. - Chaque couche est caractérisé par son numéro n (appelé nombre quantique). - Chaque couche électronique est représentée par une lettre. - Pour les atomes des éléments tels que 1 ≤ Z ≤ 18, - les couches électroniques qui peuvent être occupées sont les couches K, L, M. - Les électrons de la première couche (K) sont les plus proches du noyau et plus liés à lui. - À la dernière couche qui porte des électrons, on donne le nom de couche externe. - Elle contient les électrons les moins liés au noyau : que l’on nomme les électrons périphériques. |
Principe de Pauli : |
- chaque couche ne peut contenir qu’un nombre limité d’électrons. |
- La couche de rang n ne peut contenir que 2 n2 électrons. |
- Ainsi la couche K ne peut contenir au plus que : 2 électrons. - La couche L, 8 électrons, - Et la couche M, 18 électrons (en seconde, on se limite à 8 électrons sur la couche M). |
- Les électrons de l’atome remplissent progressivement les différentes couches électroniques. - Ils se placent d’abord dans la couche K, - Puis quand celle-ci est saturée à 2 électrons, ils remplissent la couche L. - Quand la couche L est saturée à 8 électrons, ils remplissent la couche M. |
- L’état de l’atome obtenu en utilisant ce principe de remplissage est appelé : - l’état fondamental. |
3)-
Structure électronique d’un atome ou d’un ion.
- Pour donner la structure électronique d’un atome, - il faut répartir ses électrons sur les couches K, L, M. - Exemple : - le magnésium Mg de numéro atomique Z = 12 - peut donner des ions Mg 2+. - Donner la structure électronique de l’atome et de l’ion :
- Pour l’atome :
(K)2
(L)8
(M)2 - Pour l’ion : (K)2 (L)8 ou K (2) L (8), - la couche externe est la couche L. - Remarque : - Ce sont les électrons de la couche électronique externe qui déterminent la construction des édifices chimiques. - Ils sont responsables de la réactivité chimique d’un élément. |
QCM : Les Atomes 01(Questy) |
Exercices (énoncé et correction)
Exercices 2005-2006 |
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Physique et Chimie seconde Collection DURANDEAU HaCHETTE |
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