Exercices

Sirius 2de - Livre du professeur
Chapitre 10. Un modèle de l'atome.
Chapitre10. Un modèle de l'atome. © Nathan 2010
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Exercices
Exercices d’application
 5 minutes chrono !
1. Mots manquants
a. nucléons.
b. Z ; protons
c. noyau ; couches électroniques
d. neutre
e. noyau
f. vide ; lacunaire
g. couche externe
2. QCM
a. Doit avoir exactement 10 électrons.
b. A = 17 et Z = 35.
c. 7 neutrons, 7 protons et 7 électrons.
d. 105 fois plus grand.
e. 8.
f. (K)2(L)8(M)2.
 Mobiliser ses connaissances
Un modèle de l'atome (§1 du cours)
3. a. Je suis un électron.
b. Je suis un neutron.
c. Je suis un proton.
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4. Corrigé dans le manuel.
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5. a. La seule particule élémentaire située autour du noyau est l'électron.
b. La charge d'un électron est −e, donc il y a
!9,6 "10!19
!1,6 "10!19
= 6 électrons autour de ce noyau.
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6. a. Noyau de carbone : 6 protons et 6 neutrons.
b. Noyau d'oxygène : 8 protons et 8 neutrons.
c. Noyau de chlore : 17 protons et 18 neutrons.
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Chapitre 10. Un modèle de l'atome.
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7. Corrigé dans le manuel.
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8. a. A est le nombre de nucléons, donc A = 27. Z est le nombre de protons, donc :
Z = 27 – 14 = 13.
b.
13
27 Al
.
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9. Corrigé dans le manuel.
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Les caractéristiques de l'atome (§2 du cours)
10. a. Ordre de grandeur du rayon de l'atome d'hydrogène : 52,9 pm = 5,29 × 10-11 m ~ 10-10 m.
Ordre de grandeur du rayon de son noyau : 1,2 fm = 1,2 × 10-15 m ~ 10-15 m.
b.
10!10
10!15
=105 : le rayon de l'atome est 100 000 fois plus grand que celui de l'atome. L'atome est
donc essentiellement constitué de vide ; sa structure est lacunaire.
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11. a. L'atome de silicium possède 14 protons et 14 neutrons. Étant électriquement neutre, il
possède autant de protons que d'électrons, soit 14 électrons.
b. La masse du noyau de l’atome de silicium est la masse de l'ensemble de ses constituants
(nucléons), soit :
mnoyau = 28 × 1,7 × 10-27 = 4,8 × 10-26 kg.
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Répartition des électrons en couches (§3 du cours)
12. La couche externe est la dernière couche occupée ; ici, il s’agit de la couche M. L'atome de
magnésium possède donc deux électrons sur sa couche externe.
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13. (K)2(L)4.
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14. a. H : (K)1 ; Li : (K)2(L)1 ; Na : (K)2(L)8(M)1.
b. Ces trois atomes possèdent un électron sur leur couche externe.
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15. a. L'atome de fluor possède 9 protons, 10 neutrons et 9 électrons ; l'atome de chlore
possède 17 protons, 18 neutrons et 17 électrons.
b. F : (K)2(L)7 ; Cl : (K)2(L)8(M)7.
c. On observe que les noyaux de fluor et de chlore ont le même nombre d'électrons sur leur
couche externe.
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 Utiliser ses compétences
16. Le rayon de l'atome d'hydrogène est environ 100 000 fois plus grand que celui de son
noyau. Donc par règle de proportionnalité, si on assimile ce rayon nucléaire à une tête
d'épingle (r = 1,0 mm = 1,0 × 10-3 m), le rayon atomique à cette échelle vaudrait :
ratome = 105 × 10-3 = 102 m (soit la longueur d'un terrain de football).
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17. a.
11
23 Na
.
b. L'atome de sodium possède 11 protons, 12 neutrons et 11 électrons.
c. Na : (K)2(L)8(M)1 ; il y a un électron sur sa couche externe.
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18. a. La masse du noyau de bore est m = A × mn.
A.N. : m = 11 × 1,7 × 10-27 = 1,9 × 10-26 kg.
b.
V=4
3
! rn
3
.
A.N. : V = 8,2 × 10-44 m3.
c. ρ =
m
V
.
A.N. : ρ = 2,3 × 1017 kg · m-3.
d. La masse de l'atome étant égale à celle du noyau, calculée à la question a., on en déduit la
masse volumique de l'atome (en utilisant le rayon de l'atome r) :
ρatome = 8,1 × 106 kg.m-3.
Le noyau est donc bien plus dense que l'atome.
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19. a. rnoyau ~
10!9
105
~ 10-14 m.
b. L'atome est donc essentiellement constitué de vide ; sa structure est lacunaire.
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20. a. A est le numéro atomique, c’est-à-dire aussi le nombre de nucléons. Z correspond au
nombre de protons.
Un atome est électriquement neutre, donc il possède autant de protons que d’électrons, soit
Z = 9.
On en déduit que le symbole de ce noyau est 199F.
b. La masse d’un atome est pratiquement égale à celle de ses nucléons.
On a donc m = A × mn.
A.N. : m = 19 × 1,7 × 10-27 = 3,2 × 10-26 kg.
c. Les couches K, L et M se remplissent successivement. La couche K contient au maximum
deux électrons. Il reste donc 7 électrons, qui peuvent se répartir dans la couche L puisque cette
dernière peut en contenir au maximum 8. On a donc la structure électronique suivante :
(K)2(L)7.

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Exercices d’entraînement
21. a. m = A × mn , d'où A = 19 ; q = Z × e, d'où Z = 9.
b.
9
19 F
.
c. F : (K)2(L)7.
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22. a. L'atome d'étain est composé de 50 protons, 70 neutrons et 50 électrons.
b. Soit Q la charge électrique du noyau provenant des protons : q = Z × e.
A.N. : q = 8,0 × 10-18 C.
L'atome étant électriquement neutre, la charge électrique totale des électrons est donc l'opposé
de celle du noyau.
c. Soit mSn la masse d'un atome d'étain : mSn = A × mn , d'où mSn = 2,0 × 10-25 kg.
d. La seringue de masse m = 43 g contient donc
43 !10"3
2,0 !10"25
= 3,4 × 1023 atomes d'étain.
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23. a. L'atome de fer est composé de 26 protons, 30 neutrons et 26 électrons.
b. m = A × mn , d'où m = 9,5 × 10-26 kg.
c. ρ =
m
V
=m
(4 3) ! r3
.
A.N. : ρ = 8,3 × 103 kg · m-3.
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24. a.
V=4
3
! r3
.
A.N. : Vatome = 1,30 × 10-29 m3.
b. ratome = 100 000 × rnoyau , d'où rnoyau = 1,46 × 10-15 m = 1,46 fm.
c. On en déduit Vnoyau = 1,30 × 10-44 m3.
d.
Vatome
Vnoyau
!1015
.
L'atome est donc essentiellement constitué de vide ; sa structure est lacunaire.
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25. a. q = Z × e, donc Z = 79.
b.
79
197 Au
.
c. m = A × mn , d'où m = 3,3 × 10-25 kg.
d. Le nombre d'atomes présents dans le lingot est
m'
m
.
A.N. :
1,0
3,3 !10"25
= 3,0 × 1024 atomes d'or.
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26. a. Analgésique : produit une insensibilité à la douleur.
Antipyrétique : fait baisser la température en cas de fièvre.
Anti-inflammatoire : calme les rhumatismes.
b. 9 atomes de carbone ; 8 atomes d’hydrogène ; 4 atomes d’oxygène.

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C : 12 nucléons ; 6 protons ; 6 neutrons ; 6 électrons.
H : 1 nucléon ; 1 proton ; 1 électron.
O : 16 nucléons ; 8 protons ; 8 neutrons ; 8 électrons.
c. C : (K)2(L)4 ; H : (K)1 ; O : (K)2(L)6. Le carbone a 4 électrons sur sa couche externe,
l’hydrogène a 1 électron sur sa couche externe, et l’oxygène a 6 électrons sur sa couche externe.
d. On note mC la masse d’un atome de carbone, mH la masse d’un atome d’hydrogène et mO la
masse d’un atome d’oxygène.
mC = 12 × mn = 2 × 10-26 kg.
mH = 1 × mn = 1,7 × 10-27 kg.
mO = 16 × mn = 2,7 × 10-26 kg.
maspirine = 9 × mC + 8 × mH + 4 × mO = 3,1 × 10-25 kg.
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27. a. Soit V le volume d'un neutron, ρ =
mn
V
=
mn
(4 3) ! r3
.
A.N. : ρ = 4,1 × 1017 kg · m-3.
b. Soit m' la masse d'une étoile à neutron : m’ = ρ × V’.
A.N. : m’ = 4,1 × 1014 kg.