AP 07a corrigée - cours

AP2nde – Fiche 07a – Les éléments chimiques : masse, charge, diamètre, composition
Données : masses : m(n) ≈ m(p) ; m(p) = 1,67.10–27 kg ; m(e–) = 9,11.10–31 kg ;
charge élémentaire e = 1,6.10–19 C ; charge d'un proton q = e ; charge d'un électron q = –e
Exercice 1 : Qui suis–je ?
a. Ma charge est négative et je suis en mouvement autour du noyau.
b. Ma masse est la même que celle d’un proton, mais je suis différent.
c. Je me situe dans le noyau et je suis chargé.
Exercice 2 : Un tableau nucléaire
1) Compléter le tableau ci–dessous
2) Calculer la masse de chaque noyau
d’atome notée m(noyau Li),
m(noyau Na) et m(noyau S)
3) Calculer la masse de chaque atome notée m(Li), m(Na) et m(S).
4) Comparer la masse d’un atome et de son noyau. Conclusion
5) Calculer la charge électrique de chaque noyau notée q(noyau Li), q(noyau Na) et q(noyau S).
Exercice 3 :
1- Par quelle lettre symbolise-t-on le nombre de masse ? Que désigne-t-il ?
2- Par quelle lettre symbolise-t-on le numéro atomique? Que désigne-t-il ?
3- Compléter, sans le justifier, le tableau suivant.
Elément
Fluor
Phosphore
Béryllium
Chrome
Sodium
Représentation du noyau de l'atome
19
9F
31
…P
…
4Be
51
….Cr
…
…Na
Nombre de protons
15
Nombre de neutrons
5
12
Nombre d'électrons
24
11
4- En vous aidant du tableau et des données, calculer la masse approchée de l'atome de phosphore.
Exercice 4 : A et Z
Le noyau atomique de l’aluminium, noté Al, est constitué de 27 nucléons et 14 neutrons.
a. Que valent A et Z pour ce noyau ?
b. Donner sa représentation symbolique.
Exercice 5 : Composition de l’atome de fluor
Le nombre de nucléons de l’atome de fluor de symbole F est 19, et il a 9 électrons autour de son noyau.
a. Donner la notation symbolique du noyau de fluor. (Justifier)
b. Calculer la masse m d’un atome de fluor.
Exercice 6 : Atome inconnu
On considère un atome de masse m = 2,00.10–26 kg et dont le noyau a une charge q = 9,60.10–19 C.
1. Calculer Z et A.
2. Donner le symbole de cet atome.
Exercice 7 : Atomes de brome et de titane
1. Donner la composition des atomes en justifiant dont le noyau est représenté par 48
22Ti et 80 35Br.
2. Calculer la charge électrique de leur noyau respectif.
3. Calculer la masse approchée de ces deux atomes.
4. On donne les rayons atomiques de ces atomes : rTi = 136 pm et rBr = 114 pm.
Sachant que le noyau est environ 105 fois plus petit et que 1pm = 10–12 m, quelles sont les valeurs du rayon de leurs
noyaux en m?
5. Les rayons de différents ballons ou balles de sport sont indiqués dans le tableau suivant :
Sport
Tennis
Handball
Volley
Football
Basket
Rayon (cm)
3,25
8,75
10,5
11
12
a. Calculer le rapport des rayons des atomes rTi
rBr
.
b. En déduire l’objet qui représentera l’atome de brome si celui de titane est représenté par un ballon de volley.
Nom de l’atome
Symbole
Nucléons
Protons p
Neutrons n
Electrons e–
Lithium
Li
3
4
Sodium
Na
23
12
Soufre
S
32
16

Correction AP2nde – Fiche 07a – Les éléments chimiques : masse, charge, diamètre, composition
Exercice 1 :
a– Un électron b– Un neutron c– Un proton
Exercice 2 :
1) Dans un atome, les nombres de
protons et d’électrons sont égaux.
Les nucléons sont l’ensemble des
protons et neutrons.
2) m(noyau Li) = 3.m(p) + 4.m(n)
= 3x1,67.10–27 + 4x1,67.10–27
= 1,17.10–26 kg
m(noyau Na) = 11.m(p) + 12.m(n)
= 11x1,67.10–27 + 12x1,67.10–27
= 3,84.10–26 kg
m(noyau S) = 16.m(p) + 16.m(n)
= 16x1,67.10–27 + 16x1,67.10–27
= 5,34.10–26 kg
3) m(atome Li) = 3.m(p) + 4.m(n) + 3.m(e–)
= 3x1,67.10–27 + 4x1,67.10–27 + 3x9,11.10–31
= 1,17.10–26 kg
m(atome Na) = 11.m(p) + 12.m(n) + 11.m(e–)
= 11x1,67.10–27 + 12x1,67.10–27+ 11x9,11.10–31
= 3,84.10–26 kg
m(atome S) = 16.m(p) + 16.m(n) + 16.m(e–)
= 16x1,67.10–27 + 16x1,67.10–27 + 16x9,11.10–31
= 5,34.10–26 kg
4) On voit que m(noyau) = m(atome) donc cela signifie que la masse des électrons est négligeable.
5) q(noyau) = nombre de proton x charge électrique d’un proton = Z.Q(p) = Z.e
q(noyau Li) = 3xq(p) = 3x1,6.10–19 = 4,8.10–19 C ; q(noyau Na) = 11xq(p) = 11x1,6.10–19 = 1,8.10–18 C
q(noyau S) = 16xq(p) = 16x1,6.10–19 = 2,6.10–18 C
Exercice 3 :
1- Le nombre de masse est le nombre de nucléons A.
2- Le numéro atomique est le nombre de protons Z.
3-
4- m(atome P) = 15.m(p) + 16.m(n) + 15.m(e–)
= 15.m(p) + 16.m(n) (masse des électrons négligeable)
= 15x1,67.10–27 + 16x1,67.10–27
= 5,18.10–26 kg
Exercice 4 :
a) A = nombre de nucléons = 27 Z = nombre de protons = 27 – 14 = 13 b) 27
13Al
Exercice 5 :
a) 19 nucléons donc A = 19. L’atome de fluor a 9 électrons et donc 9 protons car un atome possède autant d’électrons
que de protons donc Z = 9. On a donc : 19
9F
b) A – Z = 19–9 = 10 donc le fluor a 10 neutrons
m(atome F) = 9.m(p) + 10.m(n) + 9.m(e–)
= 9x1,67.10–27 + 10x1,67.10–27 (masse des électrons négligeable)
= 3,17.10–26 kg
Nom de l’atome
Symbole
Nucléons
Protons p
Neutrons n
Electrons e–
Lithium
Li
7
3
4
3
Sodium
Na
23
23–12 = 11
12
11
Soufre
S
32
16
32–16 = 16
16
Elément
Fluor
Phosphore
Béryllium
Chrome
Sodium
Représentation du noyau de l'atome
19
9F
31
15P
9
4Be
51
24Cr
23
11Na
Nombre de protons
9
15
4
24
11
Nombre de neutrons
19–9 = 10
31–15 = 16
5
51–24=27
12
Nombre d'électrons
9
15
4
24
11

Exercice 6 :
1) la charge totale du noyau est égale au nombre de proton multiplié par la charge d’un proton
Q(noyau) = Z.q(p)  q(p) = Q(noyau)
Z = 9,60.10–19
1,60.10–19 = 6 donc il y a 6 protons
m(atome) = Z.m(p) + (A–Z).m(n) + Z.m(e–)
= Z.m(p) + (A–Z).m(n) car la masse des électrons est négligeable
= Z.m(p) + (A–Z).m(p) car m(p) = m(n)
= A.m(p)
Ainsi A = m(atome)
m(p) = 2,00.10–26 1,67.10–27 = 12
2) le symbole de l’atome inconnu est 12
6X, il s’agit de l’atome de carbone 12 6C.
Exercice 7 :
1) Composition de 48
22Ti :
Z = 22 donc 22 protons
A – Z = 48 –22 = 26 neutrons
Dans un atome, il y a autant de protons que
d’électrons donc il y a 22 électrons
Composition de 80
35Br:
Z = 35 donc 35 protons
A – Z = 80 – 35 = 45 neutrons
Dans un atome, il y a autant de protons que
d’électrons donc il y a 35 électrons
2) Q(noyau) = Z.q(p)
donc Q(noyau Ti) = 22.q(p) = 22x1,6.10–19 = 1,4.10–18 C et Q(noyau Br) = 35.q(p) = 35x1,6.10–19 = 5,6.10–18 C
3) m(atome) = Z.m(p) + (A–Z).m(n) + Z.m(e–)
= Z.m(p) + (A–Z).m(n) car la masse des électrons est négligeable
= Z.m(p) + (A–Z).m(p) car m(p) = m(n)
= A.m(p)
donc m(atome Ti) = 48xm(p) = 48x1,67.10–27 = 8,02.10–26 kg et m(atome Br) = 80xm(p) = 80x1,67.10–27 = 1,34.10–25 kg
4) r(noyau) = r(atome)
105
donc r(noyau Ti) = rTi
105 = 136 105 = 136.10–5 pm = 136.10–5.10–12 m = 136.10–17 m =1,36.10–15 m
r(noyau Br) = rBr
105 = 114 105 = 114.10–5 pm = 114.10–5.10–12 m = 114.10–17 m =1,14.10–15 m
5.a) rTi
rBr
= 136
114 = 1,19 donc l’atome de Titane est 1,19 fois plus grand que l’atome de Brome.
5.b) Si l’atome de Titane est représenté par un ballon de volley de 10,5 cm de diamètre alors l’atome de Brome aura un
diamètre de 1,19 x 10,5 = 12, 5 cm. Cela correspond au ballon de basket.