2nd Chim5 Cours Voyage à l`intérieur de l`atome 1,67.10 1883 9

2nd Chim5
Cours
Voyage à l’intérieur de l’atome
Compétences :
Connaître la constitution d’un atome.
A
Connaître et utiliser le symbole Z X
Savoir que l’atome est électriquement neutre.
Connaître le symbole de quelques éléments.
Savoir que le numéro atomique caractérise l’élément.
Savoir la définition d’isotope.
I.
Structure de l’atome.
1. Historique.
Vers 1800, Dalton remarqua que beaucoup de propriétés chimiques de la transformation de la matière s’expliquaient
simplement en considérant que la matière était constituée de petits grains. Ainsi plus de 2000 ans après Leucippe et
Démocrite, les chimistes reprennent à leur compte une vielle idée, celle de l’existence des atomes. Aujourd’hui leur
existence est largement démontrée.
Ainsi, un atome est une entité électriquement neutre, constituée d’un noyau chargé positivement et, autour, d’un nuage
électronique, constitué d’électrons portant chacun une charge négative.
2. Les constituants du noyau : les nucléons.
Vers 1900, Rutherford met en évidence l’existence de charges positives (ils portent une charge +e = 1,6.10-19 C)
concentrées dans le noyau de l’atome : on les appellera les protons.
En 1935, Chadwick montre l’existence d’une autre particule appartenant au noyau, particule sans charge électrique : les
neutrons.
Ainsi, le noyau est composé de 2 types de particules : les protons et les neutrons. Ces particules sont aussi appelées
des nucléons (du latin nucléus, noyau).
 Le nombre de nucléons d’un noyau d’un atome est désigné par la lettre A et est appelé nombre de masse.
 Le nombre de protons est appelé numéro atomique ou nombre de charges et noté Z.
 Le nombre de neutrons, noté N, vaut donc N = A – Z.
Le noyau d’un atome de symbole chimique X sera représenté par :
Exemple1 : Le noyau de l’atome de magnésium s’écrit
24
12
A
Z
X
Mg
3. Masse d’un atome.
La masse des électrons est négligeable par rapport à celle des nucléons :
mé = 9,11.10-31 kg et mp = mn = 1,67.10-27 kg d’où
mp
mé

1, 67.1027
 1883 soit environ 2000 fois plus grande.
9,11.1031
La masse d’un atome est donc pratiquement égale à celle du noyau.
La masse d’un atome contenant A nucléons est pratiquement égale à A x mp
Formule à démontrer.
Exemple2 : évaluer la masse d’un atome de mercure (Hg)
4. Notion d’isotope.
Des atomes qui possèdent le même numéro atomique Z mais des nombres de masse A différents sont des isotopes :
ils ont le même nombre de protons mais pas le même nombre de neutrons.
Tous les ions, atomes isolés ou atomes dans une molécule, ayant le même nombre de proton Z dans leurs noyaux,
ne sont que différentes formes d’un même élément chimique.
12
13
14
Exemple3 : Le carbone a 3 isotopes : 6 C ;6 C ;6 C (Le carbone 14 sert à la datation d’objet ancien)
Donner la constitution de ces 3 atomes isotopes.
Exemple4 : on considère les atomes suivants caractérisés par le couple (Z, A) : (8,16) ; (16,32) ; (8,18) ; (4,8) ; (4,9) ;
(8,17).
1. Combien d’éléments sont représentés ?
2. Quels sont les isotopes ?
5. Les électrons.
Vers 1880 Crookes et Thomson montrent que l’on peut extraire de la matière, des particules chargées négativement
qu’ils appelleront électrons. L’électron porte une charge négative – e = - 1,60.10-19 C exactement opposée à celle du
proton.
6. Les ions.
Un ion est un atome (ou un groupe d’atomes) qui a perdu ou gagné 1 ou plusieurs électrons. On le notera :
exemple. Le noyau reste donc inchangé et l’atome et l’ion correspondant ont le même numéro atomique.
Exemple5 : déterminer la composition de l’ion bromure Br
II.
A
Z
X 2  par
-
Notion élément chimique.
Élément chimique est le nom collectif donné aux atomes et aux ions qui possèdent le même nombre de protons.
Chaque élément chimique est donc caractérisé par une valeur de Z et un symbole.
Leur liste est dans le tableau nommé classification périodique.
Au cours d’une transformation chimique, les éléments chimiques se conservent : ils sont présents avant et après la
transformation chimique.
Il existe, au début de l’an 2000, 118 éléments connus dont 109 ont reçu un nom officiel et un symbole chimique (voir la
classification périodique des éléments).
118 éléments mais environ 3000 atomes différents si on compte les atomes isotopes.
Un élément chimique est caractérisé par son numéro atomique Z.
Des isotopes ont le même numéro atomique Z, ils appartiennent donc au même élément.
Il y a conservation de l’élément chimique au cours d’une transformation chimique.
Il est donc impossible, par des méthodes chimiques, de transformer le plomb en or comme le pensaient les alchimistes.
I-
La classification périodique des éléments.
1) Historique : le tableau de Mendeleïv.
2) La classification moderne.
Ex : la classification simplifiée des 18 premiers éléments.
1
2
1H
(K)1
Que remarque-t-on ?
3 (13)
4 (14)
5 (15)
6 (16)
7 (17)
8 (18)
Au début de l’année 2000 il existe 116 éléments connus répartis sur 18 colonnes et 7 lignes ou périodes.
Dans une même ligne, appelée ……………………………….les atomes des éléments ont la ………………………
……………………………………………………….
ième
Ex : dans la 2
période (2ième ligne) c’est la couche ………… qui se remplit.
Dans une même colonne, les atomes des éléments ont le ………………………………………………………………..
………………………………………
Ex : pour la 16ième colonne ( 10+6 ) les éléments ont …………………sur leur dernière couche.
Exemple6 : sans regarder le tableau dire où se situe l’élément de numéro atomique Z = 15.
Remarque : Les atomes isotopes appartiennent au même élément chimique : ils correspondent donc à la même case
de la classification, d’où le terme isotope, du grec isos = même et topos = place.
3) Charge des ions monoatomiques.
La place d’un élément dans la classification permet de même de connaître la charge de l’ion monoatomique
correspondant.


Les atomes des colonnes 1,2 et 3(13) ont 1,2 ou 3 électrons externes. Ils peuvent les perdre pour donner des
cations de formule M+, M2+ ou M3+
Les atomes des colonnes 5(15),6(16) et 7(17) ont 5,6 ou 7 électrons externes. Ils peuvent gagner 3,2 ou 1
électrons pour donner des anions de formule X3-, X2- ou X-
Exemple7 : quelle est la charge de l’ion monoatomique que donne un atome de rubidium Rb et d’iode I ?
Exemple8 :
1. Déterminer la place des éléments Azote (Z=7) et Calcium (Z=20) dans la classification.
2. En déduire la formule des ions nitrure(azote) et calcium.
3. Déterminer la formule d’une solution de nitrure de calcium
Mettre en œuvre un protocole pour identifier des ions.