TP n°8 La structure de l`atome Cette étude documentaire couvre l

TP n°8
La structure de l'atome
Cette étude documentaire couvre l'ensemble des connaissance qu'il faut avoir en seconde.
La première partie nous emmène avec un physicien atomiste: Georges Charpak, prix nobel
de physique en 1990 et membre de l'académie française des sciences. Celui-ci explique à
son petit fils la structure de la matière. Etudions attentivementleur conversation.
Partie I)
- Dans ce caramel, il y a environ
dix mille milliards de milliards
d'atome, que tu peux écrire 1
suivi de 22 zéros : 10 000 000
000 000 000 000 000, ouf!
- Dis grand père, tu gribouilles
des zéros plein de page quand
tu dois faire des calculs?
- Non. Nous autres physiciens-
chimistes nucléaires, sommes
économes d'efforts et de papier,
car on abat de beaux arbres
pour faire du papier; et il faut
arrêter d'abattre bêtement des
arbres. Nous écrivons
simplement : 1022 . Nous
mettons en haut, à droite, en
petites lettres, le nombre de
zéros après le 1. Nous
économisons du papier et aussi
un temps précieux.
- Et l'atome de caramel, c'est
quoi? Une petite bille de
caramel?
- Non, c'est un mélange de 3
petites billes accolées
ensemble, des atomes
d'hydrogène, de charbon et
d'oxygène.
Ce même charbon que nous
brûlons pour faire une grillade
de saucisse et cet oxygène que
tu respire et que respire les
bêtes et les plantes, qui est dans
l'air et qui est indispensable à la
vie.
- Il n'y a que 3 sortes d'atomes?
- Non, il y en a près de 100, et
ils peuvent de mélanger de
façon innombrable, soit au
hasard pendant les milliards
d'années de l'histoire de notre
univers, soit par la volonté des
hommes, par exemple quand ta
maman te fait cette tarte au
pomme dont elle garde le secret.
- Et un atome, c'est fait
comment? On ne peut pas le
couper?
- Bien sur que si. Imaginons
l'atome comme une petite boule
creuse. Elle est entourée d'un
nuage d'électricité très mince qui
protège une coquille vide au
milieu de laquelle il y a un petit
pépin, le noyau, qui est 100 000
fois plus petit.
- Tu veux dire 105 fois plus petit?
- Ca y' est tu as compris
comment éviter de laisser des
zéros envahir notre papier.
- Et le petit pépin, le noyau, on
peut le couper?
- Bien sur que oui! C'est
justement le métier des
physiciens nucléaires. Tous les
atomes ont des noyau différents.
Il sont fabriqué avec 2 petits
pépins, de sorte très différentes
mais de masse
très proche qu'on appel le
proton et le neutron. Le noyau
de l'atome le plus léger,
l'hydrogène, n'a qu'un proton et
son nuage d'électricité est formé
par un électron exactement.
Pour le plus lourd dans la
nature, l'uranium, le nombre
total de protons et de neutrons
est à peu près de 250 mais il y a
exactement 92 protons, et son
nuage d'électricité est constitué
de 92 électrons.
- Et les protons et les neutrons,
on peut les couper?
- Bien sur que oui! C'est
justement le métier des
physiciens des particules. Dans
un proton ou un neutron, on peut
trouver des quarks qui sont mille
fois plus petit que les noyaux.
Les quarks sont collés entre eux
par les gluons.
- Et les quarks, on peut les
couper?
- Non.
- Et pourquoi?
- Parce que!
- Alors plus tard quand je serai
grand, je couperai des quarks.
- C'est impossible.
- Pourquoi?
- Parce que! Tu sauras ça quand
tu seras plus vieux et quand tu
auras beaucoup étudié...
Questions:
1) Attention c'est une question facile: quelles notation utilise georges charpak pour décrire le
nombre d'atome qu'il y a dans son caramel?
2) Qu'est ce que l'atome de charbon mentionné par georges charpak?
3) En puisant dans vos souvenirs de collège, essayez de vous rappeler ce que représente le
“nuage d'électricité très mince” dont parle l'auteur?

4) Georges charpak précise que le proton et le neutron (les 2 constituants du noyau) ont des
masse très proches. Recherchez leur valeur respective dans votre cours. Trouvez également
celle de l'électron.
5) Effectuez le rapport masse du proton/masse de l'électron.Est ce que l'électron contribue de
manière significative à la masse de l'atome?
6) Si le nombre total de protons et de neutrons est égal à 250, et qu'il y a 92 protons, combien
y'a-t-il de neutrons dans le noyau d'uranium?
7) Charpak dit: “Pour le plus lourd dans la nature, l'uranium, le nombre total de protons et de
neutrons est à peu près de 250 mais il y a exactement 92 protons, et son nuage d'électricité
est constitué de 92 électrons.” Pourquoi dit-il environ 250?
8) Comment appel-t-on 2 atomes ayant le même nombre de protons, mais un nombre de
neutrons différents?
9) Sachant que le neutron ne possède pas de charge électrique, que le proton est chargé
positivement et que l'électron est chargé négativement; quelle est la charge de l'atome
d'uranium? Concluez.
10) Quelle est la plus petite particule constituant le noyau? Quelle est leur taille par rapport à celle
du noyau?
11) Décrivez en quelques phrase la structure d'un atome.
Partie II) Décrire un atome de symbole X
L'atome est formé d'un noyau, chargé positivement et d'un nuage d'électrons, chargés négativement.
Le noyau comporte A nucléons, Z protons et (A-Z) neutrons. Z est appelé numéro atomique. A chaque
valeur de Z correspond un élément chimique. Si on attribue le symbole X à cet élément, le noyau d'un
atome de cet élément est noté : X
1) un atome est électriquement neutre. Combien d'électrons comporte son nuage électronique?
2) Complètez le tableau suivant:
Z
1
6
6
17
Symbole de l'élément
Cl
A
14
12
Symbole du noyau
Nombre de neutrons
0
6
18
3) Dans ce même tableu figurent 2 isotopes. Qu'est ce qui différencie ces 2 isotopes? Donnez la
définition d'un isotope,
Partie III) Décrire le nuage électronique.
Les électrons sont réparties en différentes couches, comme des peaux d'oignons. Ces couches sont
notées K, L , M.... , de plus en plus éloignées du noyau. C'est comme ci les électrons vivaient dans
un immeuble à plusieurs étage.

Chaque couche est repérée par un numéro n. Pour la couche K, n = 1 ; pour la couche L, n = 2 et
pour la couche M, n = 3 .
Règle de répartition:
Les électrons sont disciplinés. Ils se placent d'abord dans la couche K. Puis, quand celle-ci est pleine
(on dit qu'elle est saturée), ils se placent dans la couche L et ainsi de suite... chaque couche peut
acceuillir 2n2 électrons.
Couche
Nombre maximal d'électrons que peut
accueillir la couche
K
2
L
8
M
18
1) Complètez le tableau suivant:
Symbole
Nombre
total
d'électrons
Nombre
d'électrons
dans la
couche K
Nombre
d'électrons
dans la
couche L
Nombre
d'électrons
dans la
couche M
Répartition
électronique
carbone
C
6
oxygène
8
sodium
Na
11
2
8
1
(K)2,(L)8,(M)1
Ion sodium
Na+
chlore
Cl
17
Ion chlorure
Cl-
2) Schématisez le sodium, l'ion sodium, le chlore, l'ion chlorure; en faisant apparaître le noyau et
les électrons répartis dans les différentes couches.