Structure de l'atome

Introduction
Matière = (atomes)
Atome vient du mot grec « atomos » = « insécable »
Période 1875 –1910, diverses expériences
historiques ont montré que les atomes ne sont pas les
ultimes constituants de la matière.
Atome est constitué de plusieurs types de particules
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I. Découverte de l’électron
I.1. Expérience de William Crookes (1879)
(Décharge électrique dans les tubes cathodiques contenant du
gaz raréfié à pression régulée)
Si (0,01 ≤ Pgaz ≤ 0,1)bar alors le gaz devient lumineux
et le verre luminescent (lampes « néons », enseignes
lumineuses,…).
Si (Pgaz < 0,01)bar alors le gaz reste obscur mais le
verre devient fluorescent du côté opposé à l’électrode
négative (cathode).
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I. Découverte de l’électron
I.1. Expérience de William Crookes (1879)
Fluorescence due à l’impact sur le verre de rayons
issus de la cathode appelés « rayons cathodiques »
Jean Perrin a prouvé que ces particules sont chargées
négativement, en observant leurs déviations sous
l’effet d’un champ électrique ou magnétique.
En 1895, J. J. Thomson montra que le rapport e/m est
le même quelque soient le gaz dans le tube de
décharge et le métal utilisé comme cathode.
e/m = 1,759.1011 C/Kg.
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I. Découverte de l’électron
I.2. Expérience de Millikan (1909)
Millikan découvrit, grâce à son expérience sur les
gouttelettes d’huile électrisées, la valeur de la charge
élémentaire « e »
Il a montré que toute charge est un multiple relatif de
la charge élémentaire (q = Ze avec e = 1,602.10-19 C).
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II. Découverte du noyau
II.1. Expérience de Rutherford (1911)
La matière de la feuille d’or est essentiellement
constituée du « vide ».
Sa masse est concentré en certains points de la
matière condensée: les noyaux atomiques 6
II. Découverte du noyau
II.2. Constitution du noyau atomique
Noyau = (protons + neutrons) (nucléons)
Proton (mp= 1,673. 10-27 kg ;qp= e = 1,6 . 10-19 C)
Neutron (mn= 1,675. 10-27 kg ; qn= 0 )
mp≈ mn = 1836 me
matome ≈ mnoyau
Ratome = 10-10 m (1 Å ) >> Rnoyau= 10-15 m (1 fm)
Conclusion
l’atome est essentiellement constitué du vide
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II. Découverte du noyau
II.2. Constituants des nucléons (1975)
Nucléons : indivisibles et sans structure interne?
50 ans après, l’existence des « quarks » a été démontrée
expérimentalement.
Il existe de nos jours six sortes de quarks. Leur masse
n’est pas connue avec précision.
Quarks
Up (u)
Down (d)
Strange (s)
Charm (c)
Beauty (b)
Top (t)
Charge (C)
(2/3) e
(-1/3) e
(-1/3) e
(2/3) e
(-1/3) e
(2/3) e
•Proton = 2 quarks up + 1 quark down (uud)
•Neutron = 1 quark up + 2 quarks down (udd)
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Université Gaston Berger de Saint –Louis
Institut Polytechnique de Saint –Louis (IPSL)
Chapitre I: Structure de l’atome
M. Adama SY
UFR des Sciences Appliquées et Technologie
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II. Découverte du noyau
II.2. Constituants des nucléons (1975)
Les nucléons sont composés de quarks, qui à leur
tour ne sont pas des particules simples.
De nombreuses particules constitutives du noyau
ont été identifiées: fermions, leptons, quarks,
mésons,….
Quel serait enfin le constituant ultime,
élémentaire et fondamental de la matière? 9
III. Caractéristiques de l’atome
III.1. Elément chimique
Elément chimique = ensemble des atomes ayant même Z.
Il convient d’associer à chaque élément un symbole
A: nombre de masse ou nombre de nucléons
Z: nombre de protons ou nombre de charge ou numéro
atomique
N: nombre de neutrons avec A = Z + N
q: charge portée par l’élément
q ≠ 0 (ion avec Nélectrons = z –q)
qAqA
ZXou X
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III. Caractéristiques de l’atome
III.2. Nucléide, isotopes, isobares, isotones
Nucléide : Atomes ayant même couple (A, Z)
Isotopes : nucléides ayant même Z
Ex: 12C: 98,89 ; 13C : 1,108 ; 14C: traces
35Cl: 75 ; 37Cl: 25 (proportion à l’état naturel en %)
Isobares : même A
Isotones : même N
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III. Caractéristiques de l’atome
III.3. Mole –Masse atomique –Masse molaire
Mole: unité de quantité de matière qui contient autant
d’entités élémentaires qu’il y a d’atomes dans 12 g de
carbone 12C. Ce nombre est appelé nombre d’Avogadro
N = 6,02. 1023
Masse atomique: somme des proportions relatives à
chaque isotope. m = ∑ xi mi(kg)
Le kg non commode. uma (unité de masse atomique)
est plus adaptée à la taille des particules.
1 uma = 1/12 mC(12C) = 1,67.10-27 kg 12
III. Caractéristiques de l’atome
III.3. Mole –Masse atomique –Masse molaire
Masse molaire d’un atome est la masse d’une mole de l’atome.
D’une manière générale M = ∑ xi Mi(g/mol)
Exemple:
Le lithium naturel est un mélange des deux isotopes 6Li et 7Li,
dont les masses atomiques sont respectivement 6,017 et 7,018
g.mol-1.Sa masse atomique apparente est 6,943 g.mol-1.
1. Quel est l’isotope le plus abondant ? Justifier.
2. Quelle est sa composition isotopique (% de chaque isotope).
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