Exercices atomes et ions

Exercices atomes et ions
1. L’expérience de Rutherford :
En 1909, la structure de l’atome n’était pas connue.
Marsden, Geiger et Rutherford entreprirent d’utiliser
des particules α pour explorer l’atome.
Ils bombardèrent pour cela une feuille d’or d’environ
0,6mm, placée dans une enceinte à vide, par un
faisceau de particules α.
Ils constatèrent que la grande majorité des particules
traversent la feuille d’or sans être déviées. En effet, la
tache observée sur l’écran fluorescent garde la même
intensité avec ou sans feuille d’or interposée. Seules
quelques particules étaient déviées, comme en
témoigne les impacts fluorescents sur l’écran.
Après la fin de l’expérience, la feuille d’or était intacte.
L’or est un métal. Un métal est un empilement régulier et compact d’un même
type d’atomes.
Un atome d’or compte 79 protons et 118 neutrons dans son noyau, et 79
électrons autour de son noyau.
Une particule α (alpha) est un noyau d’atome d’hélium ; il est constitué de 2
protons et de 2 neutrons.
a. Calculer les masses d’une particule alpha et d’un noyau d’atome d’or.
A.N. malpha  6,68.10 27 kg
malpha  4  m p
malpha  79  118  m p
A.N.
malpha  3,29.10 25 kg
b. Comparer la masse d’une particule α à celle d’un électron tournant autour du noyau de l’atome d’or.
La particule α est-elle arrêtée ou déviée lorsqu’elle rencontre un électron ?
malpha
6,68.10 27

 7340
melectron
9,1.10 31
Une particule alpha a une masse presque 8000 fois plus importante qu’un électron.
Lorsqu’une particule alpha rencontre un électron, elle l’éjecte de l’atome.
La particule α n’est pas déviée de sa trajectoire.
c. Comparer la masse d’un noyau d’atome d’or à la masse d’une particule α ? Qu’arrive-t-il lorsqu’une
particule α lorsqu’elle rencontre noyau d’atome d’or ?
mor
3,29.10 25

 49
malpha 6,68.10 27
Le noyau de l’atome d’or a une masse presque 50 fois plus importante que la particule α.
Une particule alpha rebondit lorsqu’elle rencontre un noyau d’atome d’or.
d. Dans l’expérience décrite, la particule α traverse 2 millions de couches d’atomes. Comment
expliquer que si peu de particules soient déviées ? Choisir parmi les analogies suivantes, celle qui
pour vous traduit le mieux l’expérience de Rutherford :
a) des joueurs de tennis qui envoient des balles contre un mur.
b) un enfant qui jette du sable à travers un grillage à larges mailles.
c) un chasseur qui tire des balles de chevrotine à travers une feuille de papier.
e. En quel sens peut-on dire que le remplissage de l’espace par la matière est lacunaire ?
La matière est concentrée dans les noyaux des atomes qui sont très petits. Les noyaux sont séparés
par des espaces vides (lacunes) qui sont comparativement très grand par rapport aux noyaux.
2. Le noyau d'une entité porte une charge électrique Q=9,6.10-19C et la masse de cet atome est
m(C)=2,00.10-26kg.
Le cortège électronique de cette entité compte 6 électrons
a. Déterminer le numéro atomique Z (nombre de protons du noyau de cette entité).
b. L’entité chimique est-elle un atome ou un ion ? Justifier.
c. A quel élément appartient l’entité chimique ?
d. Déterminer le nombre de nucléons dans le noyau de cette entité.
e. Donner la représentation de l’entité.
Donnée:
Numéro
atomique
Elément
chimique
Symbole
Masse d'un nucléon :
mn=1,67.10-27kg
Charge élémentaire (charge du proton) : e=1,6.10-19C
3
4
5
6
7
8
9
10
Lithium
Béryllium
Bore
Carbone
Azote
Oxygène
Fluor
Néon
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
3. Composés ioniques :
Un composé ionique est un empilement régulier d’un très grand nombre d’anions et de cations,
l’ensemble étant électriquement neutre.
La formule indique les proportions des ions constituant le
composé ; elle s’établit en respectant la neutralité électrique
Exemple :
le carbonate de calcium dont la formule est CaCO3, formé
d’ions Ca2+ (gris) et CO32- (gris clair et rouge), les proportions
étant 1 Ca2+ pour 1 CO32Etablir la formule des composés ioniques suivants :
Ions présents
Cation
Chlorure de
sodium
Nitrate d’argent
Sulfate de cuivre II
Hydroxyde de
calcium
Chlorure de cuivre
II
Anion
Proportions
X cations pour Y
anions
Formule
Sulfate
d’aluminium
Sulfate
d’ammonium