cours i : rappel sur les constituants de la matiere

COURS I : RAPPEL SUR LES CONSTITUANTS DE LA MATIERE
I – LA CHARGE ELECTRIQUE
Une charge électrique, notée …………., est mesuré en ……………………(………….).
La charge électrique portée par une particule peut-être positive ou négative. Sa valeur est toujours un multiple
de la ……………………………………, notée …………….
La charge élémentaire : ………………………………..
II – LES PARTICULES ELEMENTAIRES
1- L’……………………
L’……………………….. est une particule élémentaire stable, ponctuelle, portant une charge ……………….
Sa masse :
Sa charge :
2- Le …………………….
Le ……………………… est un des constituants du ……………… …………….. Il porte une charge ……….
Sa masse : mp = …………………………….(1836 fois plus ………………….que l’électron)
Sa charge : qp ………………………………..
Rq : La masse de l’électron est ………………………… devant celle du proton ; la masse de l’atome est
pratiquement égale à celle de ………………………...
3- Le …………………..
Le ………………………… est un des constituants du ………………. ………………... Il ne porte aucune
charge. Sa masse et son rayon sont quasiment identiques à ceux du proton.
III – LES CONSTITUANTS DE LA MATIERE
La matière (solide, liquide ou gaz) est constituée ………………..,………………….. et de ………………….
Toutes ces particules sont constituées des particules élémentaires : ………………….., …………………. et
…………………..
- L’atome : constitué d’un noyau contenant les …………………….. (protons + neutrons) autour duquel
gravitent des …………………………………. c’est une entité électriquement ……………………...
Représentation du noyau :
L’atome étant électriquement ……………., il possède autant ……………………… que ………………….
Son rayon est de l’ordre de 100 pm = 10-12 m, 105 fois plus grand que le rayon du noyau.
- Les isotopes : ………………………………………………………………………………………………….
Exemple :
- Les ions monoatomiques : atomes ayant ………………… (……………………………) ou ……………….
(………………………….) un ou plusieurs é. Le noyau d’un ion reste ……………………….. au noyau de
l’atome auquel il correspond ; seul le nuage électronique change.
- Les molécules : ……………………………………………….
A = ………………………………………………………………………………………..
Z = ………………………………………………………………………………………..
X = ………………………………………………………………………………………..

EXERCICES : « LES CONSTITUANTS DE LA MATIERE »
I- Composition de l’atome
Exercice 1 : Compléter le tableau suivant :
SYMBOLE
He
4
2
F
S
Ne
Protons
9
Neutrons
11
Electrons
10
Z
16
A
10
33
II- MASSE ET CHARGE D’UN ATOME
Données : m (proton) = m (neutron) = 1, 7 x 10-27 kg ; m(électron) = 9,1 x 10-11 kg ; e = 1,6.10-19 C.
Exercice 2 : Charge du noyau de fer
Le noyau atomique du fer a pour charge q = 4,16 x 10-18 C et son nombre de nucléons est 56.
1) Quelle est la valeur du numéro atomique du noyau du fer ?
2) En déduire son nombre de neutrons.
Exercice 3 : Le noyau d'aluminium
La notation symbolique du noyau de l'aluminium est
Al
27
13
.
1) Calculer la charge du noyau.
2) En déduire la charge du cortège électronique.
Exercice 4 : Etude de l’atome de magnésium
Le magnésium a des utilisations diverses et variées. Par exemple, il est un constituant de la chlorophylle; on le trouve
également comme composant du chocolat, dans certains alliages pour la construction des avions ainsi que dans les jantes
de voitures de compétition.
La notation symbolique du noyau atomique du magnésium est
Mg
24
12
.
1) Quelle est la composition du noyau atomique de magnésium ?
2) Calculer la masse du noyau puis celle de l'atome. Comparer ces deux valeurs numériques puis commenter.
3) Calculer la charge du noyau et la charge du nuage électronique. Que peut-on dire de l’atome au niveau électrique ?
Justifier.
III – DIMENSION DE L’ATOME
Exercice 5 :
Un atome d'hydrogène est le plus petit atome. Son rayon est 52,9 pm et le rayon de son noyau est 1,0 fm.
1) Donner l'ordre de grandeur de ces deux rayons.
2) Calculer alors le rapport de ces deux rayons ?
3) On assimile le rayon du noyau atomique à celui d'une balle de tennis de table (r = 1, 7 cm). Calculer alors le rayon de
l’atome correspondant à cette échelle.
4) Pourquoi dit-on que la structure de l’atome est lacunaire ?
IV- LE NUAGE ELECTRONIQUE
Exercice 6 : Le sodium
Le sodium est un composant du sel de cuisine, le chlorure de sodium. Le numéro atomique du sodium, de notation
symbolique Na, est 11 et son nombre de nucléons est 23.
1) Donner la notation symbolique du noyau de l'atome de sodium.
2) À quoi correspond le numéro atomique ?
3) Que sont les nucléons ?
4) Donner la composition de l'atome de sodium.
5) En déduire sa structure électronique. Dénombrer alors les électrons de la couche externe.
V- L’ELEMENT CHIMIQUE
Exercice 7 :
Soit les formules suivantes : Cl-, Na+, Ca2+, S2-Indiquer pour chacun des ions :
1) le nom de l’espèce chimique ;
2) si c’est un cation ou un anion ;
3) si l’atome dont il « provient » a perdu ou gagné des électrons.

ACTIVITE DOCUMENTAIRE : LA MATIERE DANS L'UNIVERS
L'essentiel de la matière dans l'Univers, celle des étoiles,
des planètes et de leurs satellites, des poussières interga-
lactiques et des nuages moléculaires, est constituée des
trois particules élémentaires qui composent l'atome: neu-
trons, protons et électrons.
Document 1 : Une étoile: le Soleil
Le Soleil est une immense boule de gaz ionisé, dont la
cohésion est assurée par l'interaction gravitationnelle.
L'hydrogène et l'hélium sont les éléments chimiques les
plus abondants de cette étoile, où l'on remarque aussi
des traces d'éléments plus lourds.
Le centre du Soleil est en permanence le siège de réac-
tions nucléaires de fusion. À partir de deux noyaux
d'hydrogène (donc de deux protons), il se forme un iso-
tope de l'hydrogène, le deutérium (H, constitué d'un
proton et d'un neutron et une particule notée (). Cette
réaction entre noyaux s'écrit :
0
1
2
1
1
1
1
1 HeHH
Deux isotopes de l'hélium, l'hélium 3 et 4, se forment
alors:
HeHH 3
1
2
1
1
1
HHeHeHe 1
1
4
2
3
2
3
22
Ces réactions nucléaires dégagent une énergie tellement
grande, que la température au cœur du Soleil atteint la
valeur de 107 K ! Aux températures régnant dans le Soleil, il ne
peut se former de molécules de dihydrogène. De plus, les
atomes d'hydrogène et d'hélium sont ionisés:
ils ont perdu leurs électrons. On peut donc considérer le
Soleil comme une boule contenant à 99% des noyaux
d'hydrogène et d'hélium d'une part, et des électrons
d'autre part. Les éléments lourds, très minoritaires, ont
été produits dans les tout premiers moments de l'Univers,
ou à l'intérieur d'étoiles plus vieilles que le Soleil.
Sous l'effet de l'agitation thermique régnant dans sa
couronne, le Soleil émet dans l'espace des particules
chargées, protons, électrons et noyaux d'hélium : c'est le
vent solaire. Les étoiles émettent également un vent stel-
laire, constitué des mêmes particules.
Document 2 : La Terre et les autres planètes du
système solaire
Les quatre planètes les plus proches du Soleil,
dites telluriques (du latin telluris, « terre »), possèdent
une croûte solide en surface et une atmosphère gazeuse
(très ténue pour Mercure), constituée de molécules.
Leurs atmosphères sont très différentes, bien que leurs
constituants aient été assez similaires à l'origine : initia-
lement, il y avait par exemple autant de CO2 dans les
atmosphères de Vénus, de la Terre et de Mars.
Les quatre planètes suivantes, dites « gazeuses » ou
« géantes », sont formées de gaz dont la composition
dépend de la distance au centre. Les gaz se liquéfient et
se solidifient lorsque la profondeur augmente.
Pluton, la planète la plus éloignée du Soleil, est un astre
solide recouvert de méthane CH4 gelé.
La Terre est constituée de deux parties principales de
compositions chimiques distinctes. Au centre se trouve le
noyau, formé en majorité de fer métallique sur 3 soc km
d'épaisseur, solide près de son centre en raison des très
grandes pressions qui y règnent, puis liquide. Le manteau
solide occupe la partie supérieure de notre planète : il est
constitué de silicates de magnésium (formés d'oxydes de
silicium ioniques et d'ions magnésium) et de fer. Une
grande partie de la surface terrestre est recouverte
d'océans, solutions aqueuses d'ions et de molécules.
Notre atmosphère comporte 77% de molécules de dia-
zote et 21% de molécules de dioxygène.
Les énormes quantités d'eau des océans sont à l'origine
des nuages des zones basses de l'atmosphère.
L'ionosphère, région de l'atmosphère comprise entre
80 km et 1000 km d'altitude, contient des ions et des
électrons en quantité variable selon l'altitude : c'est un
plasma. Un plasma est constitué de particules de
charges positives et négatives : protons, électrons, molé-
cules et atomes ionisés.
L'ionosphère est surmontée par la magnétosphère, qui
est également un plasma. Ces régions de l'atmosphère
sont soumises au bombardement de particules
cosmiques (protons et électrons entre autres), dont
certaines proviennent du vent solaire.
Document 4 : L'espace interstellaire est-il vide?
La densité de l'espace interstellaire n'est pas nulle : elle
est de l'ordre de quelques particules par cm3.
L'espace est traversé par des particules cosmiques et
diverses radiations. On y rencontre également des
nuages moléculaires constitués de molécules de
monoxyde de carbone CO, d'acide méthanoïque HCOOH, de
méthanol CH3OH et surtout de dihydrogène H2. Ils peuvent
avoir des dimensions gigantesques, de l'ordre de plusieurs
centaines d'années de lumière. La densité du gaz y est de 1000 à
1010 fois supérieure à la densité normale de l'espace
interstellaire : c'est le creuset où se forment les étoiles.
L'espace interstellaire est également peuplé de pous-
sières amassées par les astres au cours de leur mouve-
ment. Elles sont constituées entre autres de carbone, de
silicium, d'oxygène et de fer.
QUESTIONS :
1 – Rappeler la constitution de l’atome. Que signifient les
notations
HH 2
1
1
1,
et
He
3
2
?
2 – Qu’est ce qu’un ion ? une molécule ? un isotope ?
3 - Dresser un tableau répertoriant les parties proches ou
lointaines de l'Univers où existent :
- des protons et des électrons isolés;
- des ions à l'état gazeux;
- des molécules.
4- Vérifier sur quelques exemples que l'essentiel de la
matière de l'Univers est constitué des trois particules
élémentaires : protons, neutrons et électrons.