Chap 7 : De l`atome à l`élément chimique Objectifs p49 I

Chap 7 : De l'atome à l'élément chimique
Objectifs p49
I- Particules élémentaires de l'atome
1- Constitution de l'atome
Un atome est constitué d'un noyau chargé positivement, entouré d'électrons chargés négativement.
Le noyau est constitué de particules élémentaires, appelées nucléons.
Les nucléons sont soit des neutrons, soit des protons.
2- Caractéristiques des constituants de l'atome
Les électrons sont des particules élémentaires chargées négativement, leur charge électrique est
l'opposé de la charge élémentaire (-e).
Les protons sont des particules élémentaires chargées positivement, leur charge est égale à la
charge élémentaire (+e).
Les neutrons sont des particules élémentaires électriquement neutres.
Les masses des protons et des neutrons sont à peu près égales.
La masse de l'électron est 2 000 fois plus petite que celle du proton.
3- Notation symbolique du noyau
Un noyau atomique est représenté symboliquement par la notation :
–
–
–
A
Z
X avec :
X : l'atome considéré ;
A: le nombre de nucléons ;
Z: le numéro atomique, c'est à dire le nombre de protons.
Le nombre de neutrons, N, est donné par la relation : N = A – Z
4- Electroneutralité de l'atome
Un atome est un édifice électriquement neutre (de charge nulle) : le nombre de charges électriques
positives (le nombre de protons) doit donc être égale au nombre de charges électriques négatives
(le nombre d'électrons).
II- Un modèle de l'atome
1- Description du modèle utilisé
Le noyau de l'atome constitué de nucléons est assimilé à une boule.
Les électrons de l'atome sont en mouvement autour du noyau, ils se répartissent dans des couches
électroniques.
Chaque couche électronique est repérée par une lettre : pour tous les atomes les 3 premières
couches électroniques sont nommées K, L et M.
2- Remplissage des couches électroniques
Les électrons se répartissent sur les différentes couches électroniques selon des règles de
remplissage précises:
– Une couche électronique ne peut contenir qu'un nombre limité d'électrons ;
– La couche K contient jusqu'à 2 électrons ;
– La couche L contient jusqu'à 8 électrons ;
– La couche M contient jusqu'à 18 électrons.
– Cette règle de remplissage est valable pour les Z(inférieur ou égal) à 18
3- Structure électronique de l'atome
La répartition des électrons se nomme la structure électronique de l'atome.
La dernière couche de la structure électronique contenant des électrons est appelée la couche
externe. Elle est dite saturée si elle est remplie complètement.
Exemples : l'atome d'oxygène, Z=8, a pour structure électronique: (K) 2 (L)6
L'atome de sodium, Z= 11, a pour structure électronique : (K)2 (L)8 (M)1
3- Règles du « duet » et de l'octet
a) Les gaz nobles
L'hélium, He (Z=2), le néon, Ne (Z=10) et l'argon, Ar (Z=18) sont des éléments qui n'existent sur
Terre que sous la forme d'atomes isolés. Ce sont des gaz qui ne réagissent pas car leur couche
externe contient un nombre particulier d'électrons :
– la structure du néon est (K)2, la couche externe contient 2 électrons (un duet d'électrons) ;
– la structure du néon est (K)2 (L)8 et celle de l'argon est (K)2 (L)8 (M)8 : leur couche externe
contient 8 électrons (un octet d'électrons).
b) Les règles
Au cours de la transformation chimique, les atomes et les ions évoluent de manière à avoir :
– deux électrons sur la couche K pour des éléments de numéro atomique voisin de 2, c'est la
règle du duet ;
– huit électrons sur la couche L ou M pour les élément de numéro atomique Z inférieur ou égal à
20 et non voisin de 2, c'est la règle de l'octet.
Ils ont ainsi le même nombre d'électrons sur leur couche externe que le gaz noble le plus proche en
numéro atomique
III- Masse et dimension de l'atome
1- Dimension caractéristique
Le noyau est assimilé à une boule dense constituée des nucléons et dont le rayon est de l'ordre du
fentomètre (fm = 10-15m)
L'atome est assimilé à une sphère dont le rayon est voisin de celui de la couche externe, 0,1 nm
=1x10-10m.
L'espace entre le noyau et les électrons est constitué de vide. (schéma)
2- Structure lacunaire de l'atome
Le rapport du rayon de l'atome au rayon du noyau est : ratome / rnoyau =105
Le diamètre de l'atome est donc 100 000 fois plus grand que celui de son noyau.
La taille du noyau est donc négligeable devant celle de l'atome.
L'atome est donc constitué de vide, sa structure est lacunaire.
3- Masse de l'atome
La masse d'un atome est pratiquement égale à celle de son noyau (masse des électrons 2 000 fois
plus petite que celle d'un nucléon).
Par conséquent, un noyau comportant A nucléons de masse mn chacun a une masse :
m(kg) = A x mn (kg)
IV- L'élément chimique
1- Définition
Toutes les entités chimiques (atome, ion) possédant le même numéro atomique Z appartiennent au
même élément chimique.
Tout élément chimique est représenté par un symbole qui permet de l'identifier (le symbole
chimique).
2- Différentes formes d'un élément
a) Les cations et anions monoatomiques
Un cation monoatomique est issu d'un atome qui a perdu au moins 1 électron de sa couche externe,
c'est un ion chargé positivement.
Un anion monoatomique est issu d'un atome qui a gagné au moins 1 électron de sa couche externe,
c'est un ion chargé négativement. (schéma)
Certains ions sont identifiés grâce à des tests caractéristiques (TP).
b) Les isotopes
Des noyaux qui appartiennent au même élément chimique mais qui différent par leur nombre de
nucléons sont appelés noyaux isotopes.
2
1
3
Exemple : 1H ; 1H 1 H sont les isotopes de l'atome d'hydrogène et contiennent respectivement 0, 1
et 2 neutrons. Ils ont le même numéro atomique, Z.
Les atomes et les ions ayant un seul proton appartiennent à l'atome d'hydrogène.