AP 07a corrigée - cours

AP2nde – Fiche 07a – Les éléments chimiques : masse, charge, diamètre, composition
Données : masses : m(n) ≈ m(p) ; m(p) = 1,67.10–27 kg ; m(e–) = 9,11.10–31 kg ;
charge élémentaire e = 1,6.10–19 C ; charge d'un proton q = e ; charge d'un électron q = –e
Exercice 1 : Qui suis–je ?
a. Ma charge est négative et je suis en mouvement autour du noyau.
b. Ma masse est la même que celle d’un proton, mais je suis différent.
c. Je me situe dans le noyau et je suis chargé.
Nom de l’atome Symbole Nucléons Protons p Neutrons n Electrons e–
Exercice 2 : Un tableau nucléaire
Lithium
Li
3
4
1) Compléter le tableau ci–dessous
Sodium
Na
23
12
2) Calculer la masse de chaque noyau
Soufre
S
32
16
d’atome notée m(noyau Li),
m(noyau Na) et m(noyau S)
3) Calculer la masse de chaque atome notée m(Li), m(Na) et m(S).
4) Comparer la masse d’un atome et de son noyau. Conclusion
5) Calculer la charge électrique de chaque noyau notée q(noyau Li), q(noyau Na) et q(noyau S).
Exercice 3 :
1- Par quelle lettre symbolise-t-on le nombre de masse ? Que désigne-t-il ?
2- Par quelle lettre symbolise-t-on le numéro atomique? Que désigne-t-il ?
3- Compléter, sans le justifier, le tableau suivant.
Elément
Fluor
Phosphore Béryllium
19
31
…
F
P
Be
Représentation du noyau de l'atome
9
…
4
Chrome
51
Cr
….
Nombre de protons
15
Nombre de neutrons
5
Nombre d'électrons
24
4- En vous aidant du tableau et des données, calculer la masse approchée de l'atome de phosphore.
Sodium
…
Na
…
12
11
Exercice 4 : A et Z
Le noyau atomique de l’aluminium, noté Al, est constitué de 27 nucléons et 14 neutrons.
a. Que valent A et Z pour ce noyau ?
b. Donner sa représentation symbolique.
Exercice 5 : Composition de l’atome de fluor
Le nombre de nucléons de l’atome de fluor de symbole F est 19, et il a 9 électrons autour de son noyau.
a. Donner la notation symbolique du noyau de fluor. (Justifier)
b. Calculer la masse m d’un atome de fluor.
Exercice 6 : Atome inconnu
On considère un atome de masse m = 2,00.10–26 kg et dont le noyau a une charge q = 9,60.10–19 C.
1. Calculer Z et A.
2. Donner le symbole de cet atome.
Exercice 7 : Atomes de brome et de titane
48
80
1. Donner la composition des atomes en justifiant dont le noyau est représenté par 22
Ti et 35
Br.
2. Calculer la charge électrique de leur noyau respectif.
3. Calculer la masse approchée de ces deux atomes.
4. On donne les rayons atomiques de ces atomes : rTi = 136 pm et rBr = 114 pm.
Sachant que le noyau est environ 105 fois plus petit et que 1pm = 10–12 m, quelles sont les valeurs du rayon de leurs
noyaux en m?
5. Les rayons de différents ballons ou balles de sport sont indiqués dans le tableau suivant :
Sport
Tennis
Handball
Volley
Football
Basket
Rayon (cm)
3,25
8,75
10,5
11
12
rTi
a. Calculer le rapport des rayons des atomes .
rBr
b. En déduire l’objet qui représentera l’atome de brome si celui de titane est représenté par un ballon de volley.
Correction AP2nde – Fiche 07a – Les éléments chimiques : masse, charge, diamètre, composition
Exercice 1 :
a– Un électron
b– Un neutron
Exercice 2 :
1) Dans un atome, les nombres de
protons et d’électrons sont égaux.
Les nucléons sont l’ensemble des
protons et neutrons.
c– Un proton
Nom de l’atome Symbole
Lithium
Li
Sodium
Na
Soufre
S
2) m(noyau Li) = 3.m(p) + 4.m(n)
= 3x1,67.10–27 + 4x1,67.10–27
= 1,17.10–26 kg
Nucléons Protons p Neutrons n Electrons e–
7
3
4
3
23
23–12 = 11
12
11
32
16
32–16 = 16
16
m(noyau Na) = 11.m(p) + 12.m(n)
= 11x1,67.10–27 + 12x1,67.10–27
= 3,84.10–26 kg
m(noyau S)
= 16.m(p) + 16.m(n)
= 16x1,67.10–27 + 16x1,67.10–27
= 5,34.10–26 kg
3) m(atome Li) = 3.m(p) + 4.m(n) + 3.m(e–)
= 3x1,67.10–27 + 4x1,67.10–27 + 3x9,11.10–31
= 1,17.10–26 kg
m(atome S)
m(atome Na) = 11.m(p) + 12.m(n) + 11.m(e–)
= 11x1,67.10–27 + 12x1,67.10–27+ 11x9,11.10–31
= 3,84.10–26 kg
= 16.m(p) + 16.m(n) + 16.m(e–)
= 16x1,67.10–27 + 16x1,67.10–27 + 16x9,11.10–31
= 5,34.10–26 kg
4) On voit que m(noyau) = m(atome) donc cela signifie que la masse des électrons est négligeable.
5) q(noyau) = nombre de proton x charge électrique d’un proton = Z.Q(p) = Z.e
q(noyau Li) = 3xq(p) = 3x1,6.10–19 = 4,8.10–19 C ;
q(noyau Na) = 11xq(p) = 11x1,6.10–19 = 1,8.10–18 C
–19
–18
q(noyau S) = 16xq(p) = 16x1,6.10 = 2,6.10 C
Exercice 3 :
1- Le nombre de masse est le nombre de nucléons A.
2- Le numéro atomique est le nombre de protons Z.
3Elément
Fluor
Phosphore Béryllium
9
31
Be
Représentation du noyau de l'atome
P
4
15
Nombre de protons
9
15
4
Nombre de neutrons
19–9 = 10 31–15 = 16
5
Nombre d'électrons
9
15
4
–
m(atome P)
= 15.m(p) + 16.m(n) + 15.m(e )
= 15.m(p) + 16.m(n)
(masse des électrons négligeable)
–27
–27
= 15x1,67.10 + 16x1,67.10
= 5,18.10–26 kg
19
F
9
4-
Exercice 4 :
a) A = nombre de nucléons = 27
Z = nombre de protons = 27 – 14 = 13
Chrome
51
Cr
24
24
51–24=27
24
Sodium
23
Na
11
11
12
11
27
b) 13Al
Exercice 5 :
a) 19 nucléons donc A = 19. L’atome de fluor a 9 électrons et donc 9 protons car un atome possède autant d’électrons
19
que de protons donc Z = 9. On a donc :
F
9
b) A – Z = 19–9 = 10 donc le fluor a 10 neutrons
m(atome F)
= 9.m(p) + 10.m(n) + 9.m(e–)
= 9x1,67.10–27 + 10x1,67.10–27 (masse des électrons négligeable)
= 3,17.10–26 kg
Exercice 6 :
1) la charge totale du noyau est égale au nombre de proton multiplié par la charge d’un proton
Q(noyau) 9,60.10–19
Q(noyau) = Z.q(p)  q(p) =
=
= 6 donc il y a 6 protons
Z
1,60.10–19
m(atome) = Z.m(p) + (A–Z).m(n) + Z.m(e–)
= Z.m(p) + (A–Z).m(n)
car la masse des électrons est négligeable
= Z.m(p) + (A–Z).m(p)
car m(p) = m(n)
= A.m(p)
m(atome) 2,00.10–26
Ainsi A =
=
= 12
m(p)
1,67.10–27
12
12
2) le symbole de l’atome inconnu est 6 X, il s’agit de l’atome de carbone 6 C.
Exercice 7 :
1) Composition de 48
Composition de 80
22Ti :
35Br:
Z = 22 donc 22 protons
Z = 35 donc 35 protons
A – Z = 48 –22 = 26 neutrons
A – Z = 80 – 35 = 45 neutrons
Dans un atome, il y a autant de protons que
Dans un atome, il y a autant de protons que
d’électrons donc il y a 22 électrons
d’électrons donc il y a 35 électrons
2) Q(noyau) = Z.q(p)
donc Q(noyau Ti) = 22.q(p) = 22x1,6.10–19 = 1,4.10–18 C
et
Q(noyau Br) = 35.q(p) = 35x1,6.10–19 = 5,6.10–18 C
–
3) m(atome)
= Z.m(p) + (A–Z).m(n) + Z.m(e )
= Z.m(p) + (A–Z).m(n)
car la masse des électrons est négligeable
= Z.m(p) + (A–Z).m(p)
car m(p) = m(n)
= A.m(p)
donc m(atome Ti) = 48xm(p) = 48x1,67.10–27 = 8,02.10–26 kg et m(atome Br) = 80xm(p) = 80x1,67.10–27 = 1,34.10–25 kg
4) r(noyau) =
r(atome)
105
rTi 136
=
= 136.10–5 pm = 136.10–5.10–12 m = 136.10–17 m =1,36.10–15 m
105 105
r
114
r(noyau Br) = Br5 = 5 = 114.10–5 pm = 114.10–5.10–12 m = 114.10–17 m =1,14.10–15 m
10 10
donc r(noyau Ti) =
rTi 136
=
= 1,19 donc l’atome de Titane est 1,19 fois plus grand que l’atome de Brome.
rBr 114
5.b) Si l’atome de Titane est représenté par un ballon de volley de 10,5 cm de diamètre alors l’atome de Brome aura un
diamètre de 1,19 x 10,5 = 12, 5 cm. Cela correspond au ballon de basket.
5.a)