LATOME Un atome est form dun noyau trs

L’ATOME

• Un atome est formé d’un noyau très petit autour duquel des électrons (de charge négative) se déplacent à grande distance. Il est donc essentiellement constitué de vide : l’atome a une structure lacunaire. • On le représente de la façon suivante :

I – Le noyau atomique : 1) Composition du noyau : • Le noyau de l’atome est constitué de deux types de particules : les protons et les neutrons. • Les protons et les neutrons sont appelés les nucléons. • Certaines propriétés de ces particules sont regroupées dans le tableau ci-dessous :

2) Les nombres A et Z : • Il convient de représenter le noyau d’un atome par le symbole : A X Z • où X représente le symbole de l’élément chimique.

• Z est le nombre de protons du noyau. Z est appelé le nombre de charge ou numéro atomique. • A est le nombre de nucléons (neutrons + protons) présents dans ce noyau. • Donc le nombre de neutrons N est : N = A - Z

Exemple : Calculer le nombre de protons et de neutrons des atomes suivants : • Le carbone : 126 C. • Le fer : 5626 Fe. • L’hydrogène : 11 H

Réponse : • Le carbone : 126 C : A = 12 nucléons; Z = 6 protons et N = A - Z = 12 -6 = 6 neutrons. • Le fer : 5626 Fe : 56 nucléons dont : 26 protons et 30 neutrons. • L’hydrogène : 11 H : 1 nucléon dont : 1 proton et 0 neutron.

3) Les isotopes : On peut trouver sur Terre 3 types d’atomes de carbone : • Le carbone : 126 C. • Le carbone : 136 C. • Le carbone : 146 C. Quelle est leur nombre de proton et de neutron ?

• Le carbone : 126 C : 6 protons et 6 neutrons. • Le carbone : 136 C : 6 protons et 7 neutrons. • Le carbone : 146 C : 6 protons et 8 neutrons. • Conclusion ?

• Les atomes isotopes d’un élément sont les ensembles d’atomes caractérisés par le même numéro atomique Z et des nombres de nucléons A différents (donc ils ont le même nombre de protons mais un nombre différents de neutrons). • Ils sont représentés par le même symbole chimique.

II – Les électrons : • Le nombre Z représente aussi le nombre d’électrons de l’atome. • La charge d’un électron est : qe = -1, 6× 10 -19 C • La masse d’un électron est : me = 9, 1× 10 -31 kg

III - Propriété de l’atome : 1) Donner la composition (c’est-à-dire : le nombre de protons, neutrons et électrons) de l’atome de carbone 126 C. 2) Calculer la charge du noyau de carbone 12 C. 6 3) Calculer la charge du nuage électronique du carbone 126 C. 4) Calculer la charge totale de l’atome.

Réponses : 1) L’atome de carbone possède 6 protons, 6 neutrons et 6 électrons. 2) Le noyau contient les protons et les neutrons. Les neutrons ont une charge nulle qn = 0 C et les protons ont une charge : qp = +1, 6× 10 -19 C. La charge du noyau est : Qnoyau = 6× 0 + 6× 1, 6× 10 -19 = 9, 6× 10 -19 C.

3) Le nuage électronique est constitué des électrons. Chaque électron a une charge : qe = -1, 6× 10 -19 C. La charge du nuage électronique est : Qnuage = 6 × (-1, 6× 10 -19 ) = - 9, 6× 10 -19 C. 4) La charge totale de l’atome est : Q = Qnoyau + Qnuage = 9, 6× 10 -19 + (- 9, 6× 10 -19) = 0 C.

• L’atome est donc électriquement neutre. • On parle d’électroneutralité (ou neutralité électronique) de l’atome.

IV – Les ions : • Les atomes peuvent perdre ou gagner un ou plusieurs électrons. On parle alors d’ions (et non plus d’atome).

• Si un atome a perdu un ou plusieurs électrons (donc des particules négatives), on obtient un ion positif aussi appelé cation. • Exemple : l’atome de sodium (symbole Na) peut perdre un électron pour former l’ion sodium. Donc cet ion a une charge positive en excès. On notera l’ion sodium : Na+

• Si un atome a gagné un ou plusieurs électrons (donc des particules négatives), on obtient un ion négatif aussi appelé anion. • Exemple : l’atome de chlore (symbole Cl) peut gagner un électron pour former l’ion chlorure. Donc cet ion a une charge négative en excès. On notera l’ion chlorure : Cl -

Remarque : • Le nombre de protons et de neutrons est inchangé lorsqu’un atome se transforme en ion donc le noyau de l’atome n’est pas modifié.

Exemple : Donner la composition des atomes ou ions suivants : • Atome d’oxygène : 168 O. • Ion oxygène 168 O 2 • Atome d’aluminium : 2713 Al. • Ion aluminium : 2713 Al 3+

Réponses : • Atome d’oxygène : 168 O : Z=8 protons et 8 électrons, 16 -8 = 8 neutrons. • Ion oxygène 168 O 2 - : Z=8 protons, 16 -8 = 8 neutrons. L’atome d’oxygène a 8 électrons, en se transformant en ion, il a gagné 2 électrons (car sa charge est 2 - donc il a gagné 2 charges négatives) donc il possède 8+2 = 10 électrons.

• Atome d’aluminium : 2713 Al : Z=13 protons et 13 électrons, 27 -13 = 14 neutrons. • Ion aluminium : 2713 Al 3+ : 13 protons et 14 neutrons car l’atome et l’ion ont le même noyau. L’atome d’aluminium a 13 électrons, en se transformant en ion, il a perdu 3 électrons (car sa charge est 3+ donc il a perdu 3 charges négatives) donc il possède 13 -3 = 10 électrons.

Exercices : • Soit l'ion fer II que l'on note : 5626 Fe 2+. • 1) Donner le nombre de protons, de neutrons et d'électrons de cet ion. • 2) Calculer la charge en Coulomb de cet ion.

Réponse : • Z = 26 donc 26 protons, A-Z = 56 -26 = 30 neutrons, L'atome de fer possède 26 électrons car Z = 26 mais en devenant un ion Fe 2+, il a perdu 2 électrons donc il possède 26 -2 = 24 électrons. • 2) Charge de l'ion : Qion = Qnoyau +Q nuage = 26×(+1, 6. 10 -19) + 24 × (-1, 6. 10 -19) = +3, 2. 10 -19 C.

V – Masse d’un atome : • Un atome est constitué de Z protons, (A-Z) neutrons et Z électrons. • Notons : mp : la masse d’un proton , mn = la masse d’un neutron et me = la masse d’un électron. • La masse d’un atome est donc égale à : m = Z × mp + (A - Z) × mn + Z × me

Exercice : • calculer la masse d’un atome de carbone 12 C. 6 2) Calculer la masse du noyau d’un atome de carbone 126 C.

1) L’atome de carbone possède 6 protons, 6 neutrons et 6 électrons. Donc : m = Z × mp + (A - Z) × mn + Z × me = 6 × 1, 67 × 10 -27 + 6 × 9, 1 × 10 -31= 2, 00 × 10 -26 kg. La masse de l’atome de carbone 126 C est : matome = 2, 00 × 10 -26 kg

2) Le noyau possède 6 protons et 6 neutrons. Donc : mnoyau = Z × mp + (A - Z) × mn = 6 × 1, 67 × 10 -27 + 6 × 1, 67 × 10 -27 = 2, 00 × 1026 kg. La masse du noyau de carbone 126 C est : mnoyau = 2, 00 × 10 -26 kg Conclusion ?

• La masse de l’atome est alors pratiquement égale à celle de son noyau. • On peut aussi dire que la masse de l’atome est concentrée dans son noyau. • On peut donc calculer la masse d'un atome en appliquant la formule : m = A × mp = A × mn car mn=mp. • C'est pour cela que l'on appelle A : le nombre de masse,

Exercice : • La charge électrique portée par un ion est +4, 8. 10 -19 C. La masse de son noyau est 4, 5. 10 -26 kg. Donner sa composition, son écriture symbolique, sachant que son noyau contient 14 neutrons.

Réponse : • La masse du noyau est donnée par : m = A×mndonc : A = m/mn=4, 5× 10 -26 / 1, 67× 10 -27 = 27 nucléons. • La charge de l'ion est égale à : +4, 8. 10 -19 C. Donc c'est un ion positif car sa charge est positive. Il a perdu : 4, 8. 1019/1, 6. 10 -19= 3 électrons. • Cet atome possède 27 nucléons dont 14 neutrons et 2714 = 13 protons, il possède 13 -3 = 10 électrons. • D'après la classification périodique, c'est l'ion aluminium (car Z = 13). • La représentation de l'ion aluminium est : • 27 Al 3+ 13

Quelques exercices sur internet : • http: //helium 4. fr/quiz/atome/ • http: //ww 3. acpoitiers. fr/voir. asp? p=sc_phys/tournier/seco ndes/chimie/ANZ/anz. htm • http: //ww 3. acpoitiers. fr/voir. asp? p=sc_phys/tournier/seco ndes/chimie/atome. htm • http: //phys. free. fr/exatomes. htm • http: //phys. free. fr/exions. htm