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2nd cours structure atome et cortege electronique

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Chap 5 : Atome et cortège électronique
Cours
Structure de l’atome et cortège électronique
I.
2 SPC
Structure de l’atome
Un atome est une entité chimique constituée d’un noyau central autour duquel tournent un ou plusieurs électrons.
1.
Le noyau de l’atome :
Un noyau est composé de particules, appelées nucléons : les protons et les
neutrons. Sa composition est donnée par l’écriture conventionnelle :
A: Nombre de masse A (nombre de nucléons)
A nucléons = Z protons + N neutrons
Z : Numéro atomique - nombre de protons
Le nombre N de neutrons contenus dans le noyau se déduit par la
relation : N = A – Z.
Le noyau est composé de :
- protons, chargé positivement de charge élémentaire, + e = 1,60 × 10–19 C.
- neutrons ont une charge nulle.
La charge électrique Q du noyau d’un atome est donc celle de l’ensemble des
protons.
Les électrons sont situés autour du noyau. Ils ont une charge négative
- e = - 1,60 × 10–19 C.
Un atome est électriquement neutre, il possède donc autant de protons que
d’électrons
Doc. 1 L’écriture conventionnelle
du noyau de l’atome de
phosphore indique son symbole
P, son nombre de masse, A = 31,
et son numéro atomique, Z = 15.
Doc. 2 Le proton et l’électron
portent des charges électriques
de signe opposé, de valeur égale
à la charge élémentaire e
Deux noyaux qui ont le même nombre de protons mais un nombre de
nucléons (et donc de neutrons) différents sont appelés isotopes.
2.
Dimensions et masse
Le noyau d’un atome est assimilé à une boule dense.
L’ordre de grandeur du diamètre d’un atome est de 10-10m alors que celui d 'un
noyau 10-15m .
L’atome est 105 fois plus grand que son noyau
𝑅𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒
𝑅𝑛𝑜𝑦𝑎𝑢
−10
=
10
−15
10
5
= 10 = 100 000 Le rayon d’un atome est 100 000 fois plus
grand que son noyau. L’atome est donc constitué essentiellement constitué
de vide (sa structure est dite lacunaire).
3.
Doc.3. Si le diamètre de l’atome
était équivalent à la longueur d’un
terrain de football, le noyau d’un
atome serait représenté par une
tête d’épingle de 1 mm de
diamètre.
Masse d’un atome
La masse d’un atome est la somme des masses de son noyau et de son cortège
électronique : matome = mnoyau + mélectrons. On définit une masse moyenne pour un
nucléon mn : mn = 1,67 × 10–27 kg. Celle d’un électron est de me = 9,1 × 10–31 kg
soit environ 2 000 fois plus faible. On peut donc négliger la masse du cortège
électronique devant celle du noyau (doc. 4).
La masse d’un atome est pratiquement égale à celle de son noyau. Le
noyau d’un atome contient A nucléons. Chaque nucléon ayant une masse
mn, la masse d’un atome s’écrit : matome = A × mn.
Constitution et transformation de la matière
Doc. 4 On peut assimiler la
masse du proton et du neutron
et négliger celle d’un électron
devant celle d’un nucléon pour
estimer la masse d’un atome.
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2. Le cortège électronique
Le cortège électronique (ou configuration électronique) d’un atome est constitué de
l’ensemble de ses électrons. Chaque électron porte une charge électrique égale à –e.
Un atome est électriquement neutre : le nombre d’électrons est égal au nombre de
protons.
Les électrons sont répartis dans des couches électroniques ( notées 1, 2, 3…)
qui peuvent se découper en sous-couches (notées s,l, p..).
Chaque sous-couche contient un nombre limité d’électrons.
Doc. 5 Pour les atomes (Z 18)
ayant au plus 18 électrons, les
couches associées aux nombres n
= 1, 2 et 3 suffisent.
La dernière couche occupée est appelée couche de valence ou couche externe.
Les électrons de cette couche sont appelés électrons de valence.
Les autres couches sont appelées couches internes et contiennent les électrons de
cœur de l’atome.
Ex : L’atome d’Argan Ar possède 10 électrons de cœur ( 2+2+6) et 8 électrons de
valence ( 2+6).
Doc 6 : Modèle de l’atome de
carbone
2
2
2
6C : 1s 2s 2p
3. Cortège électronique et tableau périodique
1.
éléments chimiques
Le terme d’éléments chimiques désigne les atomes et les ions de même
numéro atomique Z et caractérisés par le même symbole.
Les 118 éléments chimiques connus actuellement sont répartis par numéro
atomique Z croissant, selon 7 périodes (ou lignes) et 18 colonnes dans le
tableau périodique.
2. Configuration électronique et tableau périodique
Il existe une correspondance entre la position d’un élément chimique dans le tableau périodique et la configuration
électronique de l’atome correspondant dans son état fondamental :
● chaque période (ligne) de nombre n correspond au remplissage progressif de la couche de même nombre ;
● les atomes des éléments d’une même colonne contiennent le même nombre d’électrons de valence.
Pour les 18 premiers éléments (Z ≤ 18), on délimite les blocs s et p en fonction de la nature s ou p des
sous-couches en cours de remplissage
Doc. 8 Le tableau périodique restreint aux périodes 1 à 3 et aux colonnes 1, 2 et 13 à 18 concerne les éléments chimiques pour
lesquels Z ≤ 18.
Constitution et transformation de la matière
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On peut donc, grâce à la position d’un élément chimique dans le tableau périodique, déterminer le nombre
d’électrons de valence de l’atome et inversement.
Les atomes qui appartiennent à une même colonne possèdent le même nombre d’électrons de valence
Les éléments d’une même colonne ont des propriétés chimiques communes et constituent une même famille
chimique.
Les éléments de la colonne 18 (hélium He, Néon Ne, et Argon Ar) constituent la famille des gaz nobles.
3. Position d‘un élément chimique dans le tableau périodique
Pour déterminer la période ( ligne) et la famille ( colonne) auxquelles un élément appartient, il faut repérer le
numéro de la couche de valence et le nombre d’électrons de valence.
Pour mieux comprendre:
L’atome de l’élément Phosphore 15P a pour configuration électronique 1s2 2s2 2p6.3s23p3
Le nombre n le plus grand est 3. La couche de valence est celle pour laquelle n = 3 : l’élément se trouve dans la
3e période. L’atome a 5 électrons de valence. L’élément se trouve dans la 15e colonne.
La dernière sous-couche occupée est la sous-couche p : l’élément se trouve donc dans le bloc p du tableau.
Constitution et transformation de la matière
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