L`ATOME, PIERRE DE CONSTRUCTION DE L`UNIVERS N°1

L’atome, pierre de construction de l’Univers
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L’ATOME,
PIERRE DE CONSTRUCTION DE L’UNIVERS N°1
Les nébuleuses (celle du Papillon dans la constellation du Scorpion par exemple), issues
d’étoiles en fin de vie, jouent un rôle fondamental dans l’enrichissement de l’Univers en
éléments plus lourds que l’hydrogène.
La plupart des atomes qui nous composent en est issue.
Histoire du modèle de l’atome
1. QUELQUES ÉTAPES IMPORTANTES
Activité: « Histoire du modèle de l’atome »
2. STRUCTURE LACUNAIRE DE L’ATOME
Activité: « Ordre de grandeur des atomes »
L’atome est constitué essentiellement de vide. Il a une structure lacunaire.
Structure d’un atome
1. LE NOYAU
Le noyau contient des particules appelées nucléons.
Le nombre de nucléons dans un noyau est noté A. A se nomme nombre de masse.
Il existe deux types de nucléons.
a. Protons
Masse: mp = 1,673.10-27 kg.
Charge électrique: qp = +1,6.10-19 c (coulomb)= +e.
Rq:
 e = 1,6.10-19 c est appelé charge élémentaire.
C’est la plus petite charge électrique que peut porter une particule.
 Le nombre de protons dans un noyau est noté Z. Z se nomme numéro atomique.
10-15 m
e-
10-10 m
Noyau

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b. Neutrons
Masse: mn = 1,675.10-27 kg.
Charge électrique: qn = 0 c. Le neutron est une particule électriquement neutre.
Rq: Nombre de neutrons N = A – Z.
Rq : mnmp. On pourra donc considérer en première approximation que les nucléons ont tous la même masse,
mnucl.
c. Représentation symbolique du noyau
Le noyau d’un atome est donc caractérisé par deux nombres :
 Le numéro atomique Z qui est le nombre de protons.
 Le nombre de masse A qui est le nombre de nucléons.
Un atome possède un symbole chimique, souvent la première lettre de son nom, en majuscule.
Ex: Carbone  C
Mais: Calcium  Ca
Chlore  Cl
Sodium  Na (Natrium, latin)
Azote  N (Nitrogen)
Document: « Etymologie des noms des éléments chimiques »
Représentation symbolique d’un noyau:
 X : symbole chimique
Ex: Noyau de sodium, Na : Z =11 ; A = 23 ; X=Na  
 .
2. LE CORTÈGE ÉLECTRONIQUE
C’est l’ensemble des électrons qui tournent autour du noyau.
a. Caractéristiques d’un électron
Masse: me = 9,1.10-31 kg.
Charge électrique: qe = - 1,6.10-19 c = - e.
Rq : me est 1000 fois plus faible que mnucl. On pourra donc, en première
approximation, négliger la masse des électrons devant celle des nucléons.
b. Nombre d’électrons dans un atome
  = Z électrons de charge - e.
c. Structure électronique d’un atome (Z ≤ 18)
Les couches électroniques
Les électrons d’un atome sont répartis dans des couches électroniques. Ces couches sont désignées par les lettres K,
L, M, …
Rq: K est la couche pour laquelle les électrons sont les plus proches du noyau.
Nombre d’électrons par couche
K peut recevoir au maximum 2 électrons.
L peut recevoir au maximum 8 électrons.
M peut recevoir au maximum 18 électrons.
Une couche est dite saturée si elle contient le nombre maximum d’électrons qu’elle peut recevoir.

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Comment se répartissent les électrons dans les couches ?
Les électrons se placent d’abord sur la première couche, K. Quand la couche K est saturée, les électrons se placent
sur la couche L, et ainsi de suite jusqu’à ce que les Z électrons de l’atome soient placés.
Ex: Sodium Na (Z=11) K  2 électrons ; L  8 électrons ; M  1 électron.
Notation: Na (K)2(L)8(M)1
Couche externe et couches internes
La couche externe (ou couche de valence) est la dernière couche contenant des électrons. Les autres couches sont
les couches internes.
Ex: Na : K, L couches internes ; M couche externe.
Ce sont les électrons de la couche externe qui participent aux réactions chimiques ( réactions nucléaires, où on
touche au noyau).
3. MASSE APPROCHÉE D’UN ATOME
ma = Zme + Zmp + (A-Z)mn
Hypothèses: mn  mpmnucl
me << mnucl
 ma  mnoyau  Amnucl
La masse de l’atome est concentrée dans son noyau.
Notion d’élément chimique
1. IONS MONOATOMIQUES
Un ion monoatomique est issu d’un unique atome qui a gagné ou perdu au moins un électron.
Il n’est pas électriquement neutre.
 Un ion issu d’un atome qui a perdu des électrons est de charge positive. C’est un cation.
Ex: Li  Li+ charge électrique  = 1x1,6.10-19 c = 1,6.10-19c
Cu  Cu2+ charge électrique  = 2x1,6.10-19 = 3,2.10-19c
 Un ion issu d’un atome qui a gagné des électrons est de charge négative. C’est un anion.
Ex: Cl  Cl- charge électrique  = 1x(-1,6.10-19 ) = -1,6.10-19c
Rq:
 Lors de la formation d’un ion monoatomique, la structure du noyau n’est pas modifiée.
 Les électrons d’un ion se répartissent de la même manière que ceux d’un atome sur les couches
électroniques K, L, M.
Ex : Na (Z=11) → Na+ qui a 10 électrons à répartir sur K, L, M donc (K)2(L)8.

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2. ISOTOPIE
Activité : « A la découverte des isotopes »
Ex: Lithium Li
 et 
 sont des isotopes.
Quand des atomes ont le même numéro atomique Z mais des nombres de nucléons A différents, ils sont isotopes.
Il en est de même pour des ions.
Deux atomes isotopes ou deux ions isotopes ont le même nom et les mêmes propriétés chimiques.
Rq : Les propriétés chimiques sont liées au nombre d’électrons de valence.
3. DÉFINITION D’UN ÉLÉMENT CHIMIQUE
Un élément chimique est caractérisé par son numéro atomique Z.
Ex: Z = 1 : élément chimique hydrogène H
Z = 8 : élément chimique oxygène O
Un élément chimique est l’ensemble des atomes et leurs isotopes, et les ions qu’ils forment, avec leurs isotopes, et
qui ont le même numéro atomique Z.
4. CORPS PUR SIMPLE, CORPS PUR COMPOSE
Corps pur : il ne contient qu'une seule sorte de molécules ou d’atomes.
Corps simple : molécule ne contenant qu’un seul élément chimique, ou un atome simple.
Corps composé : molécule contenant plusieurs éléments chimiques différents.
Ex: C, O2 corps simples
CO, H20 corps composés
Corps pur simple :
Corps pur composé :
5. CONSERVATION DES ÉLÉMENTS CHIMIQUES
TP: «TP Quelques expériences avec le cuivre »
Au cours d’une transformation chimique, aucun élément chimique n’apparaît et aucun ne disparaît. Ce sont les
mêmes avant et après la transformation chimique. Ils passent seulement d’une forme à une autre et s’associent de
façon différente.
: Neutron
: Proton
: Électron