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 ; ...

-  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 :   .......................m_p = 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 :.......................m_n = 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 : m_p ≈  m_n

-  Caractéristiques de l’électron :  

-  m_e = 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.

-  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.

-  L’atome appartient au domaine de l’infiniment petit.

-  Le plus petit des atomes :

Atome d’hydrogène :

r_H ≈ 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.

Atomes isotopes

12

6

C

13

6

C

14

6

C

98,9 %

1,1 %

Traces

Composition d'un morceau de graphite

-  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.

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

29

34

27

-  Une première définition : 

L’élément cuivre représente ce qui est commun au cuivre métal et à tous ses composés.

-  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.

-  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⁺.

Exercices 2005-2006

 Physique et Chimie  seconde 

Collection DURANDEAU   HaCHETTE

Exercice 3 page 70

Exercice 13 page 70

Exercice 16 page 70

Exercice 20 page 70

Exercice 24 page 71

Exercice 31 page 72