TP1Chimie. Constitution d`un atome

Chimie Univers 4
Prérequis du collège :
 - Constitution d’un atome : noyau positif entouré d’électrons négatifs
(le tout étant électriquement neutre)
- Ion : atome (ou groupement d’atomes) ayant gagné(s) ou perdu(s) un
ou plusieurs électrons.
Lors d’un gain d’électron(s), il se forme un anion (chargé négativement) dans
le cas contraire, lors d’une perte d’électron(s) il se forme un cation (chargé
positivement).
I – Représentation symbolique :
 Un atome est représenté par le symbole de son élément chimique :
initiale du nom écrite en majuscule suivie parfois d’une seconde lettre
écrite en minuscule.
Exemples : carbone C, aluminium Al, argent Ag, hydrogène H, hélium He
Remarque : il existe 8 exceptions : azote N (nitrogenium), sodium Na
(natrium), potassium K (kalium), étain Sn (stannum) , antimoine Sb (stibium),
tungstène W (wolframum), or Au (aurum) et mercure Hg (hydrargyrum).
 A ce symbole sont associés deux nombres :
A
Z
X
A : le nombre de masse (nombre de nucléons)
Z : le numéro atomique ou nombre de charge (nombre de protons)
(avec X symbole de l’élément)
Exemple :
14
6
C C : symbole de l’élément carbone
A = 14 soit 14 nucléons (neutrons + protons)
Z = 6 soit 6 protons (et donc 6 électrons pour un atome, car électriquement
neutre)
N = A– Z = 14 – 6 = 8 soit 8 neutrons
 Remarques :
- un élément est défini par son numéro atomique. Un atome de carbone est
constitué forcément de 6 protons, et un élément qui possède 6 protons ne peut
être que l’élément carbone.
- Des atomes et/ou ions qui ont le même numéro atomique (même Z) mais un
nombre de masse différent (A différents) sont qualifiés d’isotopes (ils
diffèrent seulement par leur nombre de neutrons).
- Lors d’une réaction chimique, il y a un réarrangement des atomes (formation
et/ou rupture de liaisons) sans modification des noyaux, d’où la conservation
de la matière (conservation de la masse) et des charges (Lavoisier).
II – Les constantes d’un atome :
 Les protons sont tous identiques entre eux, qu’ils appartiennent ou
non au même élément. Il en est de même pour les neutrons et les électrons.
 La charge élémentaire est la plus petite charge électrique existante.
Elle se note « e ».
Le proton porte une charge élémentaire positive tandis que l’électron en porte
une négative. Dans un atome il y a autant de protons que d’électrons (donc
autant de charges élémentaires positives que de charges élémentaires
négatives).
L’atome est par conséquent électriquement neutre.
Masse (kilogramme kg)
Charge (coulomb C)
Proton
mp = 1,6726.10-27
+ e = 1,602.10-19
Neutron
mn = 1,6749.10-27
0
Electron
me = 9,1093.10-31
– e = – 1,602.10-19
 La masse d’un électron étant environ 2000 inférieure à celle d’un
nucléon, on admet que la masse d’un atome est sensiblement égale à celle de
V son noyau (donc à celle de ses nucléons):
m atome = A.m nucléon
avec: m nucléon = 1,674.10-27 kg
 La charge Q du noyau d’un atome est égale à celle de l’ensemble de
ses protons. Q noyau = Z.e
avec : e = 1,6.10-19 C
Exemple : m carbone14 = 14 x 1,674.10-27 = 2,24.10-26 kg.
Q carbone14 = 6 x 1,6.10-19 = 9,6.10-19 C.
Constitution d’un atome

L’atome
L’atome… Florence aimerait bien comprendre ce qu’est un atome ; pour cela elle
est allée à la bibliothèque et a trouvé le texte suivant de Georges CHARPAK,
mais elle va avoir besoin de votre aide pour tirer les informations utile et en
déduire le modèle correspondant de l’atome.
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« Lorsque j’entrai au laboratoire dirigé par Jolliot au Collège de France, la
connaissance que j’avais de la structure de la matière ne devait guère dépasser
celle acquise par un lycéen de 1993 abonné à de bonnes revues de vulgarisation.
Je les résume rapidement : la matière est composée d’atomes, eux-mêmes
constitués de noyaux entourés d’un cortège d’électrons. Les noyaux portent une
charge électrique positive qui est de même valeur et de signe opposé à la charge
des électrons qui gravitent autour du noyau. La masse d’un atome est concentrée
dans le noyau. (…)
Le noyau de l’hydrogène, ou proton, porte une charge électrique positive. Celui-ci a
un compagnon, le neutron, qui est neutre électriquement et a sensiblement la
même masse. Tous deux s’associent de façon très compacte pour constituer les
noyaux qui sont au cœur des atomes peuplant notre univers. Ils s’entourent d’un
cortège d’électrons dont la charge compense exactement celle des protons. En
effet, la matière est neutre, sinon elle exploserait en raison de la répulsion
qu’exercent l’une sur l’autre des charges de même signe, positif ou négatif. Il faut
avoir en tête l’échelle des dimensions. Le diamètre d’un atome est voisin d’un
centième de millionième de centimètre.
Celui d’un noyau est cent mille fois plus petit. On voit donc que presque toute la
masse d’un atome est concentrée en un noyau central et que, loin sur la périphérie,
se trouve un cortège qui est fait de particules de charge négative, les électrons.
C’est ce cortège seul qui gouverne le contact des atomes entre eux et donc tous
les phénomènes perceptibles de notre vie quotidienne, tandis que les noyaux, tapis
au cœur des atomes, en constituent la masse. »
Georges CHARPAK, Extrait de « La vie à fil tendu »
Pour répondre aux questions suivantes, vous devez à chaque fois que possible citer le texte
de Charpak (n° de ligne , début et fin du passage (et ne pas recopier le passage entier !)).
a. D’après cet article, quelles sont les trois particules constitutives de
l’atome ?
b. Pourquoi le nombre de protons est-il égal au nombre d’électrons ?
c. Qu’est-ce qui, dans un atome, gouverne l’essentiel de ses
propriétés physiques et chimiques (s’aider du texte de G.
Charpak) ?
d. Comment se répartit la masse de l’atome ?
e. Déterminer le rapport :
Error!
f. On veut exprimer ce rapport sous la forme : 10n ; que vaut n ?
L’expérience de Rutherford date de 1911 : Ernest RUTHERFORD place
une lame d’or très fine dans une enceinte. Il fait le vide puis bombarde la lame d’or
avec des particules positives (les particules alpha radioactives). L’expérience montra
que la grande majorité des particules
 traversaient la feuille d’or sans être
déviées. Environ une particule sur 10
000 était déviée.
Rutherford en conclut que la
matière (ici la feuille d’or) était
essentiellement "constituée par
du ……..….".
1. Compléter le texte.
2. Dessiner une représentation
d’un atome possédant 3 protons.
3. Commenter les points-clé de votre représentation..