Exercices de chimie : Structure atomique et ionique

Exercice 1:
Déterminer les particules qui constituent les atomes suivants:
1. ; ; .
2. Carbone 14, uranium 238.
Exercice 2:
Déterminer les particules qui constituent les ions suivants:
1. ; .
2. ; .
Exercice 3:
Le noyau d'un atome contient 17 protons et 18 neutrons.
1. Combien y a-t-il d'électrons dans le nuage électronique?
2. Quel est le nombre de masse de cet atome?
3. Quel son numéro atomique?
4. Identifier l'élément auquel il appartient. Quel est son symbole chimique.
Exercice 4:
Deux atomes ont chacun 14 neutrons. Le premier a 13 protons et 13 électrons et le second 14
protons et 14 électrons.
Ces atomes sont-ils isotopes d'un même élément chimique? Pourquoi?
Exercice 5:
Donner, pour les atomes et ions suivants, la structure du noyau ainsi que le nombre d'électrons.
1. Atome
2. Ion formé à partir de l'atome
3. Ion formé à partir de l'atome
Exercice 6:
On admettra que la masse de l'atome d'aluminium est égale à la somme des masses des
particules qui le constituent.
1. Quelle est la masse du noyau d'un atome d'aluminium?
2. Quelle est la masse du cortége électronique d'un atome d'aluminium? Comparer.
3. Quelle est la masse d'un atome d'aluminium?
4. La masse volumique de l'aluminium est �=2,7.103kg.m-3.
Quel est la masse d'un cube d'aluminium de 2cm de coté?
Combien ce cube contient-il d'atomes d'aluminium?
Données:
masse du proton: mp=1,673.10-27kg.
masse du neutron: mn=1,675.10-27kg.
masse de l'électron: me=9,109.10-31kg.

Exercice 1:
Pour résoudre cet exercice, il est nécessaire de disposer du tableau périodique des �l�ments de
fa�on � d�terminer le num�ro atomique de chaque atome. Sur le sujet, le chiffre qui est indiqu�
en haut � gauche de l'�l�ment chimique repr�sente le nombre de masse A.
1.
L'atome de chlore Cl a pour num�ro atomique Z=17 et pour nombre de masse A=35.
Le noyau de l'atome de chlore contient donc 17 protons (Z) et 18 neutrons (A-Z).
Autour de ce noyau gravitent 17 �lectrons (l'atome est neutre et de ce fait il contient autant de
protons que d'�lectrons).
L'atome de sodium Na a pour num�ro atomique Z=11 et pour nombre de masse A=23.
Le noyau de l'atome de sodium contient donc 11 protons (Z) et 12 neutrons (A-Z).
Autour de ce noyau gravitent 11 �lectrons.
L'atome de cobalt Co a pour num�ro atomique Z=27 et pour nombre de masse A=59.
Le noyau de l'atome de cobalt contient donc 27 protons (Z) et 32 neutrons (A-Z).
Autour de ce noyau gravitent 27 �lectrons.
2.
Cet atome de carbone C a pour num�ro atomique Z=6 et pour nombre de masse A=14.
Le noyau de cet atome de carbone contient donc 6 protons (Z) et 8 neutrons (A-Z).
Autour de ce noyau gravitent 6 �lectrons.
L'atome d'uranium U a pour num�ro atomique Z=92 et pour nombre de masse A=238.
Le noyau de l'atome d'uranium contient donc 92 protons (Z) et 146 neutrons (A-Z).
Autour de ce noyau gravitent 92 �lectrons.
Exercice 2:
1.
L'ion bromure Br- a pour num�ro atomique Z=35 et pour nombre de masse A=79.
Le noyau de l'ion bromure contient donc 35 protons(Z) et 44 neutrons (A-Z).
Autour de ce noyau gravitent 36 �lectrons (attention, l'atome poss�de 35 �lectrons, mais l'ion
Br- poss�de une charge �l�mentaire n�gative suppl�mentaire).
L'ion soufre S2- a pour num�ro atomique Z=16 et pour nombre de masse A=32.
Le noyau de l'ion soufre contient donc 16 protons(Z) et 16 neutrons (A-Z).
Autour de ce noyau gravitent 18 �lectrons (2 �lectrons de plus que l'atome qui en poss�de 16).
2.
L'ion c�sium Cs+ a pour num�ro atomique Z=55 et pour nombre de masse A=133.
Le noyau de l'ion c�sium contient donc 55 protons(Z) et 78 neutrons (A-Z).
Autour de ce noyau gravitent 54 �lectrons (attention, l'atome poss�de 55 �lectrons, mais l'ion
Cs+ poss�de une charge �l�mentaire positive suppl�mentaire).
L'ion zinc Zn2+ a pour num�ro atomique Z=30 et pour nombre de masse A=64.
Le noyau de l'ion zinc contient donc 30 protons(Z) et 34 neutrons (A-Z).
Autour de ce noyau gravitent 28 �lectrons (2 �lectrons de moins que l'atome qui en poss�de 30).
Exercice 3:
1.
L'atome �tant neutre, il poss�de autant d'�lectrons que de protons. Or cet atome poss�de 17

protons, il poss�de donc 17 �lectrons.
2.
Cet atome poss�de 17 protons et 18 neutrons. son nombre de masse est donc A=35 (17+18).
3.
Le num�ro atomique de l'atome Z=17 (17 protons).
4.
Z=17, il s'agit d'un atome de chlore de symbole Cl.
Exercice 4:
Des isotopes ont m�me nombre de proton (ils appartiennent au m�me �l�ment chimique),
mais des nombres de neutrons diff�rents. Il ont donc m�me num�ro atomique Z, mais pas
m�me nombre de masse A.
Les deux atomes ne sont donc pas isotopes puisqu'ils n'ont pas m�me num�ro atomique.
Exercice 5:
1.
L'atome de lithium Li a pour num�ro atomique Z=3 et pour nombre de masse A=7.
Le noyau de l'atome de lithium contient donc 3 protons (Z) et 4 neutrons (A-Z).
Autour de ce noyau gravitent 3 �lectrons (l'atome est neutre et de ce fait il contient autant de
protons que d'�lectrons).
2.
L'ion aluminium Al3+ a pour num�ro atomique Z=13 et pour nombre de masse A=27.
Le noyau de l'ion aluminium contient donc 13 protons(Z) et 14 neutrons (A-Z).
Autour de ce noyau gravitent 10 �lectrons (attention, l'atome poss�de 13 �lectrons, mais l'ion
Al3+ poss�de 3 charges �l�mentaires positives suppl�mentaires, donc 3 �lectrons de moins).
3.
L'ion soufre S2- a pour num�ro atomique Z=16 et pour nombre de masse A=32.
Le noyau de l'ion soufre contient donc 16 protons(Z) et 16 neutrons (A-Z).
Autour de ce noyau gravitent 18 �lectrons (2 �lectrons de plus que l'atome qui en poss�de 16).
Exercice 6:
1.
L'atome d'aluminium a pour num�ro atomique Z=13 et pour nombre de masse A=27.
Le noyau de l'atome d'aluminium contient donc 13 protons(Z) et 14 neutrons (A-Z).
La masse de ce noyau est donc:
nombre de protons x masse du proton + nombre de neutrons x masse du neutron.
c'est � dire m=Z.mp+(A-Z).mn,
mnoyau=13x1,673.10-27+14x1,675.10-27
mnoyau=4,520.10-26kg.
2.
Autour de ce noyau gravitent 13 �lectrons . La masse du cort�ge �lectronique est donc:
m�lectrons=13x9,109.10-31 m�lectrons=1,184.10-29kg.
Remarque importante:
mnoyau / m�lectrons = 4,520.10-26 / 1,184.10-29 = 3817,56.
La masse du cort�ge �lectronique est n�gligeable devant la masse du noyau.
3.
La masse de l'atome d'aluminium est:
mAl = mnoyau +m�lectrons
mAl = 4,520.10-26 + 1,184.10-29
mAl = 4,521.10-26 kg soit � peu pr�s mnoyau.
4.
Le volume du cube d'aluminium est V=(2.10-2)3, soit V=8,00.10-6 m3.
La masse du cube est donc m=�.V
m=2,7.103x8,00.10-6
m=22.10-3kg (22g).

Ce cube contient n=m / mAl atomes, c'est � dire:
n = 22.10-3 / 4,521.10-26 n = 4,77.1023atomes (ce qui est �norme).