Activité 9 (suite) Expériences pour vérifier : Transformation

Thèmes Santé et Univers- Sous-thème Atomes, éléments, molécules Chapitre 1
Chapitre 1
Modèle de l’atome et concept d’élément chimique
L’objectif de ce chapitre est de mieux comprendre la structure microscopique de la matière et de ses principaux
constituants, les atomes. Ceci permettra ensuite de comprendre comment sont formés les molécules ou les ions,
puis d'interpréter les transformations chimiques.
La présentation et l’utilisation d’un modèle de l’atome permettra de définir le concept d’élément chimique.
Activité 1 : Dessine-moi un atome.
1) A l’aide d’un schéma légendé de grande taille, représentez ce que vous pensez être un atome.
2) Faites ensuite légender ou corriger ce schéma par votre voisin.
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Activité 2 : L’idée atomique et les modèles historiques de l’atome
La constitution de la matière a été dés l'antiquité un sujet de réflexion important des philosophes. L'élaboration d'un
modèle de l'atome a duré plusieurs siècles!
Votre chance est de disposer des différents modèles successifs, quelques minutes doivent vous suffire pour proposer le
modèle de l'atome qui sera utilisé en 2nde.
Lire le texte suivant.
Souligner tous les termes que vous ne comprenez pas.
Compléter la feuille "La longue histoire de l'atome en 6 dates" à l'aide des cases de la feuille annexe à
découper.
Dès 420 avant JC, Démocrite (philosophe grec) a l'intuition de l'existence des atomes et invente leur nom (" a-
tomos " en grec, qui signifie « insécable »). Il y a des "atomes crochus" dont l'association conduit aux solides.
Leurs conceptions de la matière ne procédaient pas d'observation, ni d'expériences scientifiques mais
d'intuitions. Aristote (philosophe grec) conteste cette existence et son prestige est tel qu'il faut attendre le début
du XIXème siècle pour que cette idée reprenne vie.
En 1805, John Dalton annonce au monde l'existence des atomes. Il considère que la matière est faite d'atomes
de forme sphérique pleine qui ont la propriété d'être insécables. La théorie atomique moderne est née.
En 1881, la notion d'atome comme particule indivisible est mise en doute. Joseph John Thomson découvre l'un des
composants de l'atome. Il s'agit de particules élémentaires négatives appelées en 1891 électrons. Au début du XXème siècle,
l'ambition des physiciens est de proposer un modèle de l'atome en précisant la répartition de la charge électrique à l'intérieur
de celui-ci. En 1904, Thomson partant de l'idée que l'atome est électriquement neutre, pense qu'il
doit contenir des charges positives qui doivent compenser les charges négatives des électrons. Il
suppose que la charge positive est répartie dans un petit volume (qui peut avoir la forme d'une
sphère de rayon 10-10 m) et qu'elle est parsemée à l'intérieur d'électrons (comme des raisins dans un
cake, on parle aussi du "pudding" de Thomson).
En 1910 Ernest Rutherford cherche à étudier la distribution des charges positives dans l'atome, il déduit de ses expériences
que la charge positive doit occuper un tout petit volume qu'il appelle " noyau". Après " un petit
calcul " il trouve que la majorité de la masse de l'atome est concentrée dans un noyau minuscule.
Les dimensions du noyau sont de l'ordre de 10-15 m et sa charge totale est un multiple entier de la
charge de l'électron (au signe près).
Rutherford pense alors au modèle planétaire pour décrire un atome. Il propose comme modèle un
tout petit noyau chargé positivement et comportant l'essentiel de la masse de l'atome, autour duquel
les électrons décrivent des orbites.
Ce modèle planétaire est perfectionné par le Danois Niels Bohr en 1913 qui considère que les électrons évoluent suivant des
trajectoires privilégiées.
Le modèle actuel de l'atome est l'aboutissement d'une longue histoire au cours de laquelle les
représentations qu'on s'en fait ont profondément évolué. Nous gardons en 2nde un modèle simple
constitué d'un noyau autour duquel gravitent des électrons qui forment un nuage électronique. Nous
découvrons ce modèle petit à petit.

Thèmes Santé et Univers- Sous-thème Atomes, éléments, molécules Chapitre 1
Modèle de l’atome (1ère partie)
1- Toute matière est constituée à partir de petits grains appelés atomes dont la taille est
de quelques dixièmes de nanomètres (1 nm = 10-9 m).
2- Un atome est formé d’un noyau chargé positivement entouré d’un nuage électronique
chargé négativement (les électrons tournent autour du noyau). Un atome est
électriquement neutre.
3- L’essentiel du volume d’un atome est du vide, on dit qu’il a une structure lacunaire
4- Le noyau d’un atome est un assemblage compact environ cent mille fois plus petit que
l’atome. Il est constitué de particules extrêmement petites appelées nucléons. Ces nucléons peuvent être soit
des protons chargés positivement, soit des neutrons qui ne portent pas de charge (ils sont neutres).
5- Z est le numéro atomique : c'est le nombre de protons contenus dans le noyau.
A est le nombre de masse : c'est le nombre total de nucléons (les protons + les neutrons).
Le nombre de neutrons est noté N. Il s'exprime par la relation : N = . . . . . . .
6- L’écriture conventionnelle du noyau est :
X
A
Z
où X est le symbole de l'élément chimique correspondant (voir
plus loin). Un symbole doit toujours être écrit en appliquant strictement les règles de la nomenclature des
chimistes : première lettre en majuscule d’imprimerie, liée éventuellement à une seconde lettre minuscule.
Activité 3 : Constituants de l'atome et distances dans l’atome
A l'aide du texte (activité 2) mais surtout des 4 premiers énoncés du modèle de l’atome, répondre aux
questions suivantes :
a. Donner l’ordre de grandeur du rayon d’un atome (une puissance de 10 + une unité) : . . . . . . . . .
b. Donner l’ordre de grandeur du rayon d'un noyau (une puissance de 10 + une unité) : . . . . . . . . .
c. Le schéma d’un atome ci-contre n’est pas à l’échelle. On souhaite faire une maquette à
l’échelle d’un atome en prenant une bille de 0,010 m de rayon comme représentant du noyau.
Quel devra être l’ordre de grandeur de la distance séparant le centre de la balle et une bille
représentant un électron au plus loin du noyau.
Ordre de grandeur des dimensions réelles
Ordre de grandeur des dimensions sur la maquette
ratome= . . . . . . . . .
Ratome= . . . . . . . . . .
rnoyau= . . . . . . . . .
Rnoyau= 0,010 m (bille)
Activité 4 : Constituants de l'atome et du noyau
Utiliser pour cette activité les énoncés 4, et et 6 du modèle de l’atome.
a. Les deux constituants de l’atome sont le . . . . . . . . . . . . . . . . . et les . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
b. Donner la relation entre A, Z et N et compléter le modèle :
c. Donner la représentation symbolique d’un noyau d'hélium qui possède 2 protons et 2 neutrons :
d. Donner la représentation symbolique du noyau de l’atome de cuivre qui contient 29 protons et 34
neutrons :
e. Pour chacun des noyaux suivants, donner la composition des noyaux :
: et :
f. Donner la composition de l’atome d'or dont le noyau est noté

Thèmes Santé et Univers- Sous-thème Atomes, éléments, molécules Chapitre 1
Modèle de l’atome (2e partie)
7- Tous les protons qui existent dans l’Univers sont rigoureusement identiques ; il en est de même pour les
neutrons et les électrons. C’est pourquoi on dit que ces trois sortes de particules sont les particules
fondamentales qui constituent la matière.
Caractéristiques de ces trois particules fondamentales :
La masse du nuage électronique étant négligeable devant celle du noyau, la masse d’un atome est
donc pratiquement égale à celle du noyau : matome mnoyau . . . . . . . . . . . . . .
8- Des atomes ayant le même numéro atomique Z mais des nombres de masse A différents sont appelés des
isotopes
Activité 5 : Masse de l’atome et de ses constituants, charge électrique
1) Sachant qu’un gramme (1,0 g) d’or contient 3,03x1021 atomes, calculer la masse d’un atome d’or.
2) Écrire l’expression de la masse d’un noyau contenant Z protons et N neutrons. Simplifier cette expression en
considérant que la masse du proton et la masse du neutron sont quasiment les mêmes : mp  mn.
3) Calculer la masse du noyau de l'atome d'or grâce à cette nouvelle expression.
4) Calculer la masse du nuage électronique de l'atome d'or. Vérifier qu'elle est négligeable par rapport à la masse
du noyau.
5) Vérifier que la masse de l'atome d'or trouvée ici est bien la même que celle trouvée à la question 1.
6) Calculer la charge du noyau de l'atome d'or. En déduire la charge du nuage électronique de l'atome d'or.
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Masse (en kilogramme)
Charge électrique (en coulomb)
Notation du nombre de
constituants :
Noyau
Proton
mp=1,673 x 10-27 kg
qp= +e = +1,602 x 10-19 C
Z
Neutron
mn=1,675 x 10-27 kg
qn=0 C
N
Hors noyau
Électron
me=9,1 x 10-31 kg
qe= -e = -1,602 x 10-19 C

Thèmes Santé et Univers- Sous-thème Atomes, éléments, molécules Chapitre 1
Activité 6 : Les ions monoatomiques
1) À l'aide de vos connaissances, rappeler ce qu'est
un ion.
2) Quelle est selon vous la caractéristique particulière
d'un ion monoatomique ?
3) Citer un exemple d'ion monoatomique.
4) En vous aidant éventuellement de l'étiquette d'eau
minérale ci-contre, pouvez-vous citer un exemple
d'ion qui n'est pas monoatomique ?
Activité 6 - suite
Modèle de l’atome (3e partie)
9- Les entités chimiques qui ne diffèrent d’un atome que part leur nombre d’électrons sont appelés ions
monoatomiques et sont chargés électriquement : un ion chargé positivement s’appelle un cation, un ion
chargé négativement s’appelle un anion.
10- On modélise un ion monoatomique par Xq où q est la charge de l’entité chimique exprimée en charge
élémentaire e.
11- Un ion monoatomique a pratiquement la même masse qu’un atome ayant le même noyau.
On donne les représentations des noyaux ci-dessous :
Noyau de
sodium
chlore
calcium
fer
représentation
Na
23
11
Cl
37
17
Ca
40
20
Fe
56
26
5) Entourer ou surligner les ions monoatomiques sur l'étiquette ci-dessus.
6) A partir des énoncés du modèle et les données ci-dessus, remplir le tableau
Nombre de
protons
Charge du
noyau
Nombre
d’électrons
Charge du
nuage
électronique
Charge
de
l’entité
atome ou
ion
Symbole
Anion
Cation
Atome
de
sodium
Ion
sodium
-10e
Ion
chlorure
17e
(utiliser l'étiquette)
Ion
calcium
2e
Ion
ferreux
ou
ion fer II
24
Ion
ferrique
ou
ion fer III
Fe3+
7) À l'aide du simulateur "entités chimiques", vérifier vos réponses pour au moins l'atome de sodium,
l'ion sodium et l'ion chlorure, et pour toutes les entités du tableau si vous en avez le temps.

Thèmes Santé et Univers- Sous-thème Atomes, éléments, molécules Chapitre 1
Modèle de l’atome (4e partie)
12- Un élément chimique est un ensemble qui regroupe les différentes sortes d’atomes et d’ions monoatomiques
ayant un même nombre de protons Z. Un élément chimique est donc un concept caractérisé par son numéro
atomique Z.
13- On représente un élément chimique par un symbole écrit à l’aide d’une majuscule parfois suivie d’une
minuscule que l’on retrouve dans les symboles des atomes et des ions appartenant à cet élément chimique.
14- Au cours d’une transformation chimique il y a conservation des éléments chimiques, donc des noyaux.
Activité 7 : Elément chimique
A l'aide des énoncés précédents et d'une classification périodique, répondre aux questions suivantes :
On considère ci-dessous les couples (Z ; A) de 10 noyaux différents.
1) Trouver le nom et le symbole de l’élément correspondant dans la classification périodique.
couples (Z ; A)
(34 ; 82)
(82 ; 206)
(6 ; 14)
(16 ; 34)
(8 ; 16)
(16 ; 32)
(6 ; 12)
(82 ; 210)
(34 ; 78)
(36 ; 82)
Nom
Symbole
2) Écrire sur votre feuille les symboles des isotopes parmi cette liste.
3) Parmi les symboles des éléments suivants, déterminer tous ceux qui sont incorrects et les rectifier. Nommer les
éléments correspondants : Cu ; NA ; he ; aU ; c ; Ag ; Ca ; FE ; K
4) On considère cinq entités microscopique formées respectivement de :
Atome ?
Élément chimique
Symbole de
l'élément
Symbole de l'entité
microscopique
29 protons + 34 neutrons + 27 électrons
29 protons + 34 neutrons + 25 électrons
53 protons + 74 neutrons + 54 électrons
13 protons + 14 neutrons + 10 électrons
36 protons + 48 neutrons + 36 électrons
a) S'il s'agit d'un atome, mettre une croix dans la 2e colonne.
b) Indiquer l’élément chimique auquel chaque entité appartient (3e colonne).
c) Indiquer le symbole de l'élément puis celui de l'entité (4e et 5e colonne).
Lire le modèle du cortège électronique : structure électronique
Activité 8 : Structure électronique de quelques atomes
1) Donner la structure électronique de l’atome de néon (Z=10), la couche externe et le nombre
d'électrons périphériques.
2) Donner la structure électronique de l’atome de carbone (Z=6), la couche externe et le nombre
d'électrons périphériques.
3) Quelle est l’atome qui a le même nombre d’électrons sur sa couche externe que l’atome de carbone
tout en ayant un numéro atomique inférieur à 18.
4) Donner la structure électronique de l’ion potassium K+ (Z=19). Quel atome a la même structure
électronique que l’ion potassium ?
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Activité 9 : Retour sur les ions monoatomiques : comment les trouver ??
Objectif : trouver une règle qui permet de savoir quel est l'ion monoatomique le plus stable qu'un atome
donné peut produire.
Ceci conduit à deux sous-questions :
- Un atome donné forme-t-il un anion ou un cation ?
- Combien de charges aura l'ion formé ?
1) Proposer une ou plusieurs hypothèses ou "techniques" pour savoir répondre à ces deux questions
en disposant du nombre d'électrons de l'atome.
2) Appliquer éventuellement ces techniques à l'atome de calcium (Z=20).