Constitution d`un atome

COURS ATOME
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constitution d'un atome- dimensions de l'atome- numéro atomique et nombre de masse
isotopie- masse d'un atome
Au quatrième siècle avant notre ère, le philosophe grec Démocrite (voir
image) a le premier l'intuition que la matière est constituée de "grains" de
matière infimes, tellements petits que l'on ne pourrait pas les couper en deux,
d'où leur nom de atomos qui signifie indivisible en grec.
Notre représentation de l'atome a bien évoluée par la suite, en particulier
grâce au développement des techniques expérimentales qui permettent de
confimer ou de remettre en cause une représentation.
La représentation (ou modèle) donnée ici est celle du physicien Rutherford
(1909) qui compare l'atome à notre système solaire, elle permet d'aborder la
structure de l'atome mais il faut garder à l'esprit que cette représentation n'est
plus celle utilisée par les physiciens actuellement.
Constitution d'un atome
L'ensemble de la matière de l'univers, vivante ou inerte, est constituée de particules appellées
atomes.
L'atome comprend deux parties : un noyau et des
électrons en mouvement rapide autour de ce noyau. Cette
représentation ressemble aux planètes du système solaire en
mouvement autour du Soleil.
animation en flash - Cliquez ici
• Le noyau
proton
neutron
électron
Il est constitué de protons de charge électrique positive, et de
neutrons de charge électrique nulle.
Ces particules qui constituent le noyau sont également appelées
nucléons.
• Le cortège électronique
Il est constitué d'électrons de charge électrique négative qui
gravitent autour du noyau.
Caractéristiques des particules
Particule
Symbole
Proton
p
Neutron
n
Electron
e-
Charge
élecrique
(C)
Masse
(kg)
mp=1,6726.10-
e=1,602.1019
27
0
mn=1,6749.1027
me=9,1094.10-
-1,602.1019
31
La charge électrique d'un proton est appelée charge élémentaire, on la note e.
En t'aidant des valeurs données dans le tableau, répond aux questions :
Question : Compare la charge électrique d'un électron et celle d'un proton, leurs charges
respectives sont :
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Vérifier
Question : La masse du proton est plus grande que celle de l'électron, combien de fois
est-elle plus grande environ ? :
Vérifier
Question : D'après la question précédente, la masse de l'atome est essentiellement
concentrée dans :
Vérifier
Un atome est électriquement neutre (charge électrique globale nulle)
Question : D'après la propriété précédente, on peut dire que dans un atome il y a :
Vérifier
Dimensions de l'atome
Un atome peut être représenté par une sphère dont
le rayon est de l'ordre de 10-10 m.
Au centre de cette sphère, se trouve le noyau dont le
rayon est de l'ordre de 10-15 m.
Question : D'après les données cidessus, combien de fois le noyau
est-il plus petit que l'atome entier ?
Vérifier
Question : En conservant les mêmes proportions, si on assimile le noyau d'un atome à
une balle de ping-pong de rayon R=1cm, à quelle distance de la balle l'électron va-t-il se
trouver ? (on veut juste l'ordre de grandeur)
Vérifier
Aide
Vous pouvez également imaginer une
mouche posée au centre d'un terrain de foot et
vous aurez une petite idée de cette immense
disproportion entre le noyau et l'ensemble de
l'atome.
Les électrons gravitent à une très grande distance
du noyau et entre les deux il n'y a que du vide. On
dit que :
L'atome a une structure lacunaire.
Le mètre n'est pas une unité adaptée aux dimensions de l'atome, on utilise parfois le :
nanomètre (symbole : nm) tel que : 1 nm = 10-9 m
Question : Exprimez l'ordre de grandeur du rayon d'un atome 10-10 m en nanomètre :
Vérifier
Numéro atomique et nombre de masse
Par définition on notera :
Z le numéro atomique d'un noyau, c'est le nombre de protons qu'il contient.
A le nombre de masse d'un noyau, c'est le nombre de nucléons (protons+neutrons) qu'il
contient.
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Ces deux nombres permettent de connaître complètement la composition du noyau. En effet :
Z est le nombre de protons
Le noyau contient A nucléons dont un nombre Z sont des protons, le restant N=A-Z est le nombre
de neutrons
Représentation symbolique d'un atome
Le noyau d'un élément quelconque X s'écrit à l'aide de Z et A sous la forme suivante :
Question :
L'atome de
sodium
23
11
protons et
Vérifier
neutrons.
Question :
L'atome de
zinc
contient :
Na
65
30
Vérifier
électrons.
neutrons et
Question :
L'atome de
cuivre
protons et
contient :
Zn
63
29
contient :
Cu
Vérifier
nucléons.
Isotopie
A l'état naturel, les atomes d'un élément ne possèdent pas forcément la même composition de leur
noyau. Comme un élément est défini par son numéro atomique Z, ils possèdent tous Z protons
mais ils peuvent contenir un nombre de neutrons N différent.
Voici les atomes des trois isotopes de l'hydrogène pouvant exister :
Question : Quelle est la représentation symbolique correcte de ces isotopes ? :
j
k
l
m
n
1
1
H
2
1
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H
et
3
1
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Vérifier
Les isotopes d'un élément sont les atomes possédant le même numéro atomique Z mais un
nombre de masse A différent.
Attention ! Certaines classifications périodiques d'éléments donnent Z et A. En
principe, il ne devrait apparaître que Z mais le tableau donne le nombre de masse A
de l'isotope le plus abondant.
Masse d'un atome
La masse d'un atome est égale à la somme des masses des particules qui le composent.
matome=
Z.mp
+
(AZ).mn
Z
+
masses
des
neutrons
masse des
protons
électr
Calculez la masse d'un atome de fer (Z=26;A=56) en vous servant du calculateur
ci-dessous.
Complétez les cases vides puis cliquez sur le bouton pour obtenir le résultat :
matome=
31=
x 1,6726.10-27+
x 1,6749.10-27+
x 9,1094.10-
Cliquez
.10-27kg
La masse d'un électron est plus faible que celle d'un nucléon (environ 2000 fois
plus faible), peut-on alors négliger la masse des électrons dans le calcul précédent ?
Pour le vérifier, calculez la masse du noyau de l'atome de fer en utilisant le calculateur
ci-dessous :
mnoyau=
x 1,6726.10-27+
x 1,6749.10-27=
.10-
Cliquez
27kg
Si vous ne vous êtes pas trompé, vous pouvez constater que les deux valeurs sont très proches.
Par conséquent, masse d'un atome est concentrée dans son noyau. La masse du cortège
électronique est négligeable.
matome ~ mnoyau = Z.mp + (A-Z).mn
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