Chim. N° 04

Modèle de

l'Atome.

Cours.

 

   


Programme 2010 : L'Atome.

Programme 2010 : Physique et Chimie

I- Existence des atomes.

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II- Structure de l’atome.

1)- Structure.

2)- Les électrons.

3)- Grandeurs caractéristiques

d'un atome.

4)- Symbole des atomes.

5)- Masse des atomes.

6)- Dimension des atomes.

III- L’élément chimique.

1)- Les isotopes.

2)- Les ions.

3)- L'élément chimique.

IV- Le cortège électronique.

1)- Structure électronique.

2)- Règles de remplissage.

3)- Structure électronique

d'un atome ou d'un ion.

V- Applications.

1)- QCM :     QCM

2)- Exercices :      Exercices

  Exercices (énoncé et correction)

TP Chimie N° 05 -  Notion d'élément chimique.

QCM :

 Les Atomes 01(Questy)

Sous forme de tableau

L'atome 02 (Questy)

Sous forme de tableau

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 :   .......................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

2)- Les électrons.  

-  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.

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

-  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.

5)- Masse de l’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

6)- Dimension des atomes.  

-  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.

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.  

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 :

 

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 :

-  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.

 

IV- Le cortège électronique.

1)- Structure électronique.  

-  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.

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 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 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.

1)- QCM :

QCM :

 Les Atomes 01(Questy)

Sous forme de tableau

L'atome 02 (Questy)

Sous forme de tableau

2)- Exercices :

Exercices (énoncé et correction)

Exercices 2005-2006

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Physique et Chimie  seconde 

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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