Chim. N° 04

Modèle de l'Atome. Cours.

 

I- Existence des atomes.

II- Structure de l’atome.

III- L’élément chimique.

IV- Le cortège électronique.

V- Applications.

 

Exercices 2005-2006

 Physique et Chimie  seconde  Collection DURANDEAU   HaCHETTE

Exercice 1 page 256

Exercice 8 page 256

Exercice 2 page 256

Exercice 9 page 256

Exercice 3 page 256

Exercice 10 page 257

Exercice 5 page 256

Exercice 11 page 257

Exercice 6 page 256

Exercice 13 page 257

Exercice 7 page 256

Exercice 14 page 257

Physique et Chimie  seconde  Collection Microméga   Hatier

Ancienne édition

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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I- Existence des atomes.

-     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).

II- Structure de l’atome.

1)- Structure.  

-     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

 

 

2)- Les électrons.  

-     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.

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.

4)- Symbole des atomes.  

-     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 : 

1

1

H

-     Nombre de protons : 1 ;  Nombre de neutrons : 1 ;  Nombre d’électrons : 1

-     Formule générale du noyau d’un atome :

A

Z

X

-     Exemple :

63

29

Cu

Symbole du noyau 

de l’atome de cuivre.

 

-     L’atome de  cuivre est constitué de 29 protons, 34 neutrons et 29 électrons.

-     Un atome comprend : Z protons et Z électrons, et A - Z neutrons. 

-     Les deux grandeurs A et Z permettent de caractériser un noyau ou un atome.

 

5)- Masse de l’atome.  

-      Atome le plus léger : atome d’hydrogène : 

m H = 1,67 x 10 – 27 kg

-     L’un des plus lourd : atome d’uranium :         

m U = 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 

m p 1846 m e

-     La masse d’un atome de nombre de masse A :  

m Atome A . m H

6)- Dimension des atomes.  

-     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.

III- L’élément chimique.

1)- Les isotopes.  

-     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

12

6

C

 

13

6

C

 

14

6

C

98,9 %   1,1 %   Traces
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.

2)- Les ions.  

-     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 :

 

Formule de l’ion

Charge de l’ion

Symbole du noyau

Nombre de protons

Nombre de neutrons

Nombre d’électrons

Ion chlorure

Cl

- e

35

17

Cl

17

18

18

Ion cuivre II

Cu 2+ 

+ 2 e

63

29

Cu

29

34

27

3)- L’élément chimique.

-     Exemple de l’élément cuivre :

-     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.

IV- Le cortège électronique.

1)- Structure électronique.  

-  Les électrons d’un atome ou ‘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.

2)- Règles de remplissage.  

 Principe de Pauli :

- chaque couche ne peut contenir qu’un nombre limité d’électrons.

- La couche de rang n ne peut contenir que 2 n 2 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 ou K (2) L (8) M (2), la couche externe est la couche M.

-     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.

V- Applications.

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Exercice 24 page 71

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