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CH
CHCH
CH6
66
6 –
––
– CM1
CM1CM1
CM1 –
––
– Structure des Atomes
Structure des Atomes Structure des Atomes
Structure des Atomes –
––
– 1/
1/ 1/
1/12
1212
12
I. Composition de l’Atome
I. Composition de l’AtomeI. Composition de l’Atome
I. Composition de l’Atome
I
II
I Composition de l’Atome
Composition de l’AtomeComposition de l’Atome
Composition de l’Atome
I.1
I.1I.1
I.1 Atome
AtomeAtome
Atome
Déf
DéfDéf
Déf :
::
: Un atome est une entité électriquement neutre, formée d’un noyau chargé positivement, et
d’électrons chargés négativement en mouvement dans le vide autour de lui.
 Constituant fondamental de la matière
Composition
CompositionComposition
Composition :
::
:
Application
ApplicationApplication
Application :
::
: Remplir le tableau
NOYAU
NOYAUNOYAU
NOYAU ATOME
ATOMEATOME
ATOME
Nucléons Protons Neutrons Charge Masse (uma) Electrons Charge Masse (uma)
2
1
H
1 4
6
C
16
8
O
63
29
C u
Taille de l’atome
Taille de l’atomeTaille de l’atome
Taille de l’atome (ordre de grandeur)
(ordre de grandeur) (ordre de grandeur)
(ordre de grandeur) :
::
:
Protons
ProtonsProtons
Protons
Neutrons
NeutronsNeutrons
Neutrons
Charge
ChargeCharge
Charge
Nombre
NombreNombre
Nombre
19
1.6 10
e
q
C
−
+
=×
Z = Numéro
Atomique
Masse
MasseMasse
Masse
27
1.7 10
1
P
kg
muma
−
×
≈
0
q
=
N P
m m
≈
Electro
ElectroElectro
Electro
ns
nsns
ns
19
1.6 10
e
q
C
−
−
=
− ×
31
9.1 10
1
1840
eP
kg
mm
um a
−
×
≈
≪
Z
(Atome neutre)
Atome
0
q
=
×
≈ ≈
P
noyau
A m
m m
Auma
A
Z
X
Numéro Atomique
Nb de masse
Nucléons
NucléonsNucléons
Nucléons
Ecriture
EcritureEcriture
Ecriture
:
::
:
A
-
Z
Noyau
=> Nucléons
q Z e
= ×
A = Nombre
de masse
P
m A m
≈ ×
Associations
AssociationsAssociations
Associations
Défi
DéfiDéfi
Définitions
nitionsnitions
nitions :
::
:
 Charge élémentaire : e = charge d’un proton
 Unité de Masse Atomique : 1uma = masse d’un proton
 Nombre de masse = Nombre de nucléons
La matière est essentiellement VIDE
VIDEVIDE
VIDE
 STRUCTURE LACUNAIRE
STRUCTURE LACUNAIRE STRUCTURE LACUNAIRE
STRUCTURE LACUNAIRE de la matière
de la matièrede la matière
de la matière
(Particules Miniscules se repoussant par des
interactions électromagnétiques, forte et faible)
1Å = 10
-10
m
= 1 Angström
1 fm =
10
-15
m
10 fm =
10
-14
m

Classification Périodique des Eléments
Classification Périodique des ElémentsClassification Périodique des Eléments
Classification Périodique des Eléments
=> Table de Mendéléiev
=> Table de Mendéléiev => Table de Mendéléiev
=> Table de Mendéléiev
Bloc s
Bloc sBloc s
Bloc s
Bl
BlBl
Bl
oc
oc oc
oc
d = Métaux de Transition
d = Métaux de Transitiond = Métaux de Transition
d = Métaux de Transition
Bloc
Bloc Bloc
Bloc
p
pp
p
Bloc
Bloc Bloc
Bloc
f
ff
f
CH
CHCH
CH
6
66
6
–
––
–
CM1
CM1CM1
CM1
–
––
–
2
22
2
/
//
/
12
1212
12
2
He
HeHe
He
4,0026
Hélium
1
H
HH
H
1,0079
Hydrogène
3
Li
LiLi
Li
6,941
Lithium
4
Be
BeBe
Be
9,012
Béryllium
12
Mg
MgMg
Mg
24,305
Magnésiu
m
20
Ca
CaCa
Ca
40,078
Calcium
21
Sc
ScSc
Sc
44,956
Scandium
22
Ti
TiTi
Ti
47,867
Titane
23
V
VV
V
50,942
Vanadium
24
Cr
CrCr
Cr
51,996
Chrome
25
Mn
MnMn
Mn
54,938
Manganèse
26
Fe
FeFe
Fe
55,845
Fer
27
Co
CoCo
Co
58,933
Cobalt
28
Ni
NiNi
Ni
58,693
Nickel
29
Cu
CuCu
Cu
63,546
Cuivre
30
Zn
ZnZn
Zn
65,409
Zinc
31
Ga
GaGa
Ga
69,723
Gallium
32
Ge
GeGe
Ge
72,64
Germanium
33
As
AsAs
As
74,92
Arsenic
34
Se
SeSe
Se
78,96
Sélénium
35
Br
BrBr
Br
79,904
Brome
36
Kr
KrKr
Kr
83,798
Krypton
11
Na
NaNa
Na
22,9898
Sodium
19
K
KK
K
39,098
Potassium
37
Rb
RbRb
Rb
85,468
Rubidium
55
Cs
CsCs
Cs
132,905
Césium
87
F
FF
Fr
rr
r
223
Francium
38
Sr
SrSr
Sr
87,62
Strontium
56
Ba
BaBa
Ba
137,327
Baryum
88
Ra
RaRa
Ra
226
Radium
18
Ar
ArAr
Ar
39,948
Argon
10
Ne
NeNe
Ne
20,1797
Néon
17
Cl
ClCl
Cl
35,453
Chlore
9
F
FF
F
18,9984
Fluor
16
S
SS
S
32,065
Soufre
8
O
OO
O
15,9994
Oxygène
15
P
PP
P
30,9738
Phosphore
7
N
NN
N
14,0067
Azote
14
Si
SiSi
Si
28,0855
Silicium
6
C
CC
C
12,0107
Carbone
13
Al
AlAl
Al
26,9815
Aluminium
5
B
BB
B
10,811
Bore
39
Y
YY
Y
88,906
Ytrium
40
Zr
ZrZr
Zr
91,224
Zirconium
41
Nb
NbNb
Nb
92,906
Niobium
42
Mo
MoMo
Mo
95,94
Molybdène
44
Ru
RuRu
Ru
101,07
Ruthénium
45
Rh
RhRh
Rh
102,91
Rhodium
46
Pd
PdPd
Pd
106,42
Palladium
47
Ag
AgAg
Ag
107,87
Argent
48
Cd
CdCd
Cd
112,41
Cadmium
4
3
Tc
TcTc
Tc
[98]
Tchénétium
49
In
InIn
In
114,82
Indium
50
Sn
SnSn
Sn
118,71
Etain
51
Sb
SbSb
Sb
121,76
Antimoine
52
Te
TeTe
Te
127,60
Tellure
53
I
II
I
126,90
Iode
54
Xe
XeXe
Xe
131,29
Xenon
81
Tl
TlTl
Tl
204,38
Thallium
82
Pb
PbPb
Pb
207,2
Plomb
83
Bi
BiBi
Bi
208,98
Bismuth
84
Po
PoPo
Po
[209]
Polonium
85
At
AtAt
At
[210]
Astate
86
Rn
RnRn
Rn
[222]
Radon
72
Hf
HfHf
Hf
178,49
Hafnium
73
Ta
TaTa
Ta
180,95
Tantale
74
W
WW
W
183,84
Tungstène
76
Os
OsOs
Os
190,23
Osmium
77
Ir
IrIr
Ir
192,22
Iridium
78
Pt
PtPt
Pt
195,08
P
latine
79
Au
AuAu
Au
196,97
Or
80
Hg
HgHg
Hg
200,59
Mercure
75
Re
ReRe
Re
186,21
Rhénium
104
Rf
RfRf
Rf
[265]
Rutherfordium
105
Db
DbDb
Db
[268]
Dubnium
106
Sg
SgSg
Sg
[271]
Seaborgium
108
Hs
HsHs
Hs
[277]
Hassium
109
Mt
MtMt
Mt
[276]
Meitnérium
110
Ds
DsDs
Ds
[281]
Darmstadtium
111
Rg
RgRg
Rg
[280]
Roentgeniu
m
107
Bh
BhBh
Bh
[272]
Bohrium
6
C
CC
C
12,0107
Carbone
Numéro
Atomique
Symbole
Masse Molaire
(en g.mol
-1
)
Nom
Colonne 1
Métaux
MétauxMétaux
Métaux
ALCALINS
ALCALINSALCALINS
ALCALINS
Colonne 2
Métaux
Métaux Métaux
Métaux
ALCALINO
ALCALINO ALCALINO
ALCALINO
-
--
-TERREUX
TERREUXTERREUX
TERREUX
Colonne 7 (Ou 17)
HALOGENES
HALOGENESHALOGENES
HALOGENES
Colonne 8
(Ou 18)
GAZ RARES
GAZ RARESGAZ RARES
GAZ RARES
Gaz
Liquide
Artificiel (Instable)
X
XX
X
112
Cn
CnCn
Cn
[285]
Copernicium
116
Lv
LvLv
Lv
[293]
Livermorium
114
Fl
FlFl
Fl
[289]
Flerovium
57
La
LaLa
La
138,9
Lanthane
58
Ce
CeCe
Ce
140,1
Cérium
59
Pr
PrPr
Pr
140,9
Praséodyme
61
Pm
PmPm
Pm
[145]
Prométhium
63
Eu
EuEu
Eu
152,0
Europium
62
S
SS
Sm
mm
m
150,4
Samarium
64
Gd
GdGd
Gd
157,3
Gadolinium
65
Tb
TbTb
Tb
158,9
Terbium
66
Dy
DyDy
Dy
162,5
Dysprosium
67
Ho
HoHo
Ho
164,9
Holmium
68
Er
ErEr
Er
167,3
Erbium
70
Yb
YbYb
Yb
173,1
Ytterbium
69
T
TT
Tm
mm
m
168,9
Thulium
71
Lu
LuLu
Lu
175,0
Lutécium
60
Nd
NdNd
Nd
144,2
Néodyme
89
Ac
AcAc
Ac
227,0
Actinium
90
Th
ThTh
Th
232,0
Thorium
91
Pa
PaPa
Pa
231,0
Pr
otactinium
93
Np
NpNp
Np
[237]
Neptunium
95
Am
AmAm
Am
[243]
Américium
94
Pu
PuPu
Pu
[244]
Plutonium
96
Cm
CmCm
Cm
[247]
Curium
97
Bk
BkBk
Bk
[247]
Berkélium
98
Cf
CfCf
Cf
[251]
Cali
fornium
99
Es
EsEs
Es
[252]
Einsteinium
100
Fm
FmFm
Fm
[257]
Fermium
102
No
NoNo
No
[259]
Nobélium
101
Md
MdMd
Md
[258]
Mendélévium
103
Lr
LrLr
Lr
[262]
Lawrencium
92
U
UU
U
238,0
Uranium
LANTHANIDES
LANTHANIDESLANTHANIDES
LANTHANIDES
ACTINIDES
ACTINIDESACTINIDES
ACTINIDES
Elements Non
Métalliques (Au dessus du trait jusqu’au H)

CH
CHCH
CH6
66
6 –
––
– CM1
CM1CM1
CM1 –
––
– Structure des Atomes
Structure des Atomes Structure des Atomes
Structure des Atomes –
––
– 3
33
3/
//
/12
1212
12
I. Composition
I. CompositionI. Composition
I. Composition de l’Atome
de l’Atome de l’Atome
de l’Atome
I.2
I.2I.2
I.2 Ion
IonIon
Ion
P
PP
Prin
rinrin
rinc
cc
ci
ii
ip
pp
pe
ee
e :
::
: Selon les conditions extérieures, un noyau peut gagner ou perdre des électrons, il n’est alors
plus neutre. On parle d’un ION.
Exemple : Cu
2+
, H
+
, Cl
-
, …
Déf
DéfDéf
Déf :
::
: ION
IONION
ION =
= =
= Espèce chimique électriquement chargée
Chargé Positivement :  CATION (après une perte d’électrons) Ex :
H
+
,
2
Cu
+
Chargé Négativement :  ANION (après un gain d’électrons) Ex :
C l
−
,
2
O
−
Déf
DéfDéf
Déf :
::
: Nuage
NuageNuage
Nuage Electronique
Electronique Electronique
Electronique ou Cortège
ou Cortège ou Cortège
ou Cortège électronique
électronique électronique
électronique = Ensemble des électrons autour du noyau
I.3
I.3I.3
I.3 El
ElEl
Elé
éé
ément ch
ment chment ch
ment chimique
imiqueimique
imique
Observation
ObservationObservation
Observation :
::
: Un élément peut s’observer sous plusieurs formes dans la nature
Ex du Carbone : 
1 2
6
C
(Le plus courant 99%)
1 3
6
C
(Un peu moins courant 1%)
1 4
6
C
(Radioactif, utilisé pour la datation des objets anciens)
Ou de l’Hydrogène : 
1
1
H
(Protium, stable, le plus courant 99,98%)
2
1
H
(Deutérium, stable, utilisé dans les centrales nucléaires, 0,02%)
3
1
H
(Tritium, instable, radioactif, crée dans les réactions nucléaires)
Mais on peut les regrouper avec la même lettre, car on constate que leur comportement avec
l’environnement (couleur, solubilité, fusion, propriétés chimiques, …) sont les mêmes.
Dé
DéDé
Déf
ff
f :
::
: ISOTOPE
ISOTOPEISOTOPE
ISOTOPES
SS
S = Entités ayant même numéro atomique Z, mais un nombre de masse A différent
Déf
DéfDéf
Déf :
::
: ELEMENT CHIMIQUE
ELEMENT CHIMIQUEELEMENT CHIMIQUE
ELEMENT CHIMIQUE = Tous les entités ayant même NOMBRE ATOMIQUE Z
Ex : ELEMENT OXYGENE
ELEMENT OXYGENEELEMENT OXYGENE
ELEMENT OXYGENE 8
88
8 O
OO
O :
::
:  Isotopes
1 6
8
O
,
1 7
8
O
,
1 8
8
O
 Ions
2
O
−
ou
O
−
plus rare
Comment définir un ELEMENT ?  Soit par son SYMBOLE : O, C, H, He, Fe…
 Soit par son Z : Numéro atomique
Pourquoi une telle importance du numéro atomique Z ?
=> 2 isotopes ne diffèrent que par l’intérieur de leur noyau
=> Vu de l’extérieur, ils sont identiques (à part leur masse)
Ainsi, 2 ISOTOPES ONT LES MEME PROPRIETES CHIMIQUES
2 ISOTOPES ONT LES MEME PROPRIETES CHIMIQUES2 ISOTOPES ONT LES MEME PROPRIETES CHIMIQUES
2 ISOTOPES ONT LES MEME PROPRIETES CHIMIQUES
Mais ont des propriétés nucléaires différentes (réactions internes au noyau)
Exemple :
1 6
8
O
,
1 7
8
O
,
1 8
8
O
 Engendrent les mêmes réaction (combustion, oxydation,…)
 Ont les mêmes énergies de fusion, d’ionisation…
 N’ONT PAS LES MEMES PROPRIETES NUCLEAIRES
A l’heure actuelle :
114 éléments découverts
Et plus de 2000 atomes…
(Voir la Classification Périodique des éléments)

CH
CHCH
CH6
66
6 –
––
– CM1
CM1CM1
CM1 –
––
– Structure des Atomes
Structure des Atomes Structure des Atomes
Structure des Atomes –
––
– 4
44
4/
//
/12
1212
12
I. Composition de l’Atome
I. Composition de l’AtomeI. Composition de l’Atome
I. Composition de l’Atome
I.4
I.4I.4
I.4 La mole
La moleLa mole
La mole
Comparaison des ordres de grandeur
Comparaison des ordres de grandeurComparaison des ordres de grandeur
Comparaison des ordres de grandeur :
::
:
=> Problème d’échelle : Grandeurs atomiques difficiles à manipuler à l’échelle de l’être humain !
Déf
DéfDéf
Déf :
::
: LA MOLE
LA MOLELA MOLE
LA MOLE = On définit une quantité de matière adaptée à l’échelle humaine = la « MOLE »
Telle que : 1 MOLE de protons pèse 1 GRAMME
Ou par définition : 1 MOLE = Nombre d’atomes de Carbone dans 12g de carbone 12
En effet, le carbone 12 :
12
1212
12
6
66
6
C
CC
C
contient 12 nucléons (6 protons et 6 neutrons)
Ainsi, 1 mole d’atome de cabone 12 contient 12 moles de nucléons, et doit peser 12g
Cette définition a été choisie car il est facile de trouver du carbone 12 dans la nature…
Déf
DéfDéf
Déf :
::
: N
NN
NOMBRE
OMBREOMBRE
OMBRE d’AVOGADRO
d’AVOGADRO d’AVOGADRO
d’AVOGADRO = Nombre d’atomes contenues dans une mole d’atome
On mesure :
23 1
23 123 1
23 1
6, 02 10
6, 02 106, 02 10
6, 02 10
A
AA
A
N mol
N molN mol
N mol
−
−−
−
= ×
= ×= ×
= ×
Remarque : => La mole (symbole « mol ») est une unité de mesure de la QUANTITE DE MATIERE
=> Elle fait partie des 7 unités de base du SYSTEME INTERNATIONAL !
Déf
DéfDéf
Déf :
::
: MASSE MOLAIRE
MASSE MOLAIREMASSE MOLAIRE
MASSE MOLAIRE = Masse d’une mole de l’élément considéré Symbole M
On a ainsi
m masse
m massem masse
m masse
Masse Molaire M
Masse Molaire MMasse Molaire M
Masse Molaire M
n quantité
n quantitén quantité
n quantité
= = =
= = == = =
= = =
(en g.mol
-1
)
Par définition :
(
((
(
)
))
)
(
((
( )
))
)
12 1
12 112 1
12 1
6
66
6
1
11
1
12 .
12 .12 .
12 .
1 .
1 .1 .
1 .
M C g m ol
M C g m olM C g m ol
M C g m ol
M proton g m ol
M proton g m olM proton g m ol
M proton g m ol
−
−−
−
−
−−
−
=
==
=
=
==
=
Remarque : On peut vérifier
(
)
23 27 1
6,02.10 1.67 10 1 .
A proton
M proton N m g mol
− −
= × = × × ≈
Ou encore :
(
)
− −
= × × = × × × ≈
12 23 27 1
6
12 12 6,02.10 1.67 10 12 .
A p
M C N m g mol
I.5
I.5I.5
I.5 Masse molaire d’un élément
Masse molaire d’un élémentMasse molaire d’un élément
Masse molaire d’un élément
Dans la nature, on trouve toujours un élément sous la forme de différents isotopes
Par exemple, pour le plomb,
de numéro atomique Z = 82 :
Déf
DéfDéf
Déf :
::
: M
MM
MASSE MOLAIRE D’UN ELEMENT
ASSE MOLAIRE D’UN ELEMENTASSE MOLAIRE D’UN ELEMENT
ASSE MOLAIRE D’UN ELEMENT = Moyenne des masses molaires des isotopes
pondérées par leur abondance dans la nature (c’est celle qui apparait sur la classification)
Solution
5 cm
Masse
MasseMasse
Masse
:
::
:
De l’ordre du gramme
Taille
TailleTaille
Taille
:
::
:
De l’ordre du cm
En TP / Dans la Vie de tous les jours
En TP / Dans la Vie de tous les joursEn TP / Dans la Vie de tous les jours
En TP / Dans la Vie de tous les jours
A l’échelle atomique
A l’échelle atomiqueA l’échelle atomique
A l’échelle atomique
ZOOM
ZOOMZOOM
ZOOM
Taille
TailleTaille
Taille
:
::
:
De l’ordre de l’Angström
Masse
MasseMasse
Masse
:
::
:
De l’ordre de l’uma = m
P
−
−
=
=
≈ ×
10
27
1 10
1
1.7 10
o
P
A m
uma m
kg
Isotope du Pb 204 206 207 208
Abondance α 1,4% 24.1% 22.1% 52.4%
Masse Molaire (g.mol
-1
) 203,973 205,974 206,976 207,977
( )
(
)
( )
αα
α
−
×
⇒= = × =
∑
∑
∑
82
1
82
207.217 .
i
ii
i
i
MPb
M M g mol
Pb
Pb

CH
CHCH
CH6
66
6 –
––
– CM1
CM1CM1
CM1 –
––
– Structure des Atomes
Structure des Atomes Structure des Atomes
Structure des Atomes –
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II. Modèles Historiques de l’Atome
II. Modèles Historiques de l’AtomeII. Modèles Historiques de l’Atome
II. Modèles Historiques de l’Atome
II
IIII
II Modèles Historiques de
Modèles Historiques de Modèles Historiques de
Modèles Historiques de l’Atome
l’Atomel’Atome
l’Atome
A) Premier modèle
A) Premier modèleA) Premier modèle
A) Premier modèle : La brique élémentaire
: La brique élémentaire: La brique élémentaire
: La brique élémentaire (Grec, V
e
siècle av J.-C.)
Atome = Grain indivisible de matière
Atome = Grain indivisible de matièreAtome = Grain indivisible de matière
Atome = Grain indivisible de matière (« atomos » = « ατομος » = indivisible)
= Brique élémentaire de toute matière
+ Notion de 4 éléments : Eau / Terre / Air / Feu
Qui réagissent parfois entre eux…
Cette notion d’éléments demeure jusqu’à la fin du XVIII
e
siècle lorsqu’on commence à décomposer ces éléments
en substances plus élémentaires, et surtout avec l’arrivée de la pile électrique et de l’électrolyse, qui sépare
l’élément “eau” en gaz et en solide… Il faut un autre modèle… Les éléments chimiques tels qu’ils sont
connus aujourd’hui (L’Hydrogène H de l’eau H 2 O devenant gaz H 2 , Helium He, …)
B) Second modèle
B) Second modèleB) Second modèle
B) Second modèle : Découverte de l’électron
: Découverte de l’électron: Découverte de l’électron
: Découverte de l’électron (JJ Thomson, 1897, prix Nobel 1906)
Modèle de Thomson
Modèle de ThomsonModèle de Thomson
Modèle de Thomson :
::
: L’atome est décomposable en électrons, de charge
négative, plongés dans une “soupe” de charges positives pour
équilibrer celles des électrons.
En fait, JJ Thomson vient de découvrir l’existence de charges négatives
qu’il a réussi à “arracher” à la matière et à dévier par un champ
électromagnétique (tube cathodique). Il propose donc ce modèle de
répartition de ces charges négatives dans les atomes par intuition…
C) Troisième modèle
C) Troisième modèleC) Troisième modèle
C) Troisième modèle : Modèle Planétaire
: Modèle Planétaire: Modèle Planétaire
: Modèle Planétaire (Rutherford, 1909)
Modèle de Rutherford
Modèle de RutherfordModèle de Rutherford
Modèle de Rutherford :
::
: Le noyau est en fait de très petite taille par rapport à
la taille de l’atome qui est essentiellement vide.
Expérience de
Expérience de Expérience de
Expérience de Rutherford
RutherfordRutherford
Rutherford :
::
: Il bombarde une feuille très fine d’or avec des
noyaux d’Helium (particule α) et constate que ceux-ci traversent en
étant quasiment pas déviés. La matière est donc VIDE !!! Le noyau est
donc de petite extension spatiale.
Mais il ne parle pas trop de la répartition des électrons autour du noyau…
D) Quatrième modèle
D) Quatrième modèleD) Quatrième modèle
D) Quatrième modèle : Modèle Planétaire Avec Quantification des Niveaux d’énergie
: Modèle Planétaire Avec Quantification des Niveaux d’énergie: Modèle Planétaire Avec Quantification des Niveaux d’énergie
: Modèle Planétaire Avec Quantification des Niveaux d’énergie
(Modèle de Bohr, 1913)
Modèle de Bohr
Modèle de BohrModèle de Bohr
Modèle de Bohr :
::
: Il s’agit en fait d’un complément du modèle de
Rutherford. Il précise que les électrons ne peuvent se trouver
QUE SUR DES ORBITES DE RAYON QUANTIFIES (voir le
cours d’optique, cela correspond à des énergies bien définies).
Expérience démonstrative
Expérience démonstrativeExpérience démonstrative
Expérience démonstrative :
::
: un atome excité n’émet de la lumière
que suivant certaines longueurs d’onde correspondant aux
changements de niveaux d’énergie disponibles pour les
électrons dans cet atome. (Voir cours d’optique)
Atomes
indivisibles
“Soupe” de
charges +
Electrons
Noyau
localisé
Electron
Noyau
localisé
Electrons sur des
orbites imposées