Lycée Mangin

Lycée Mangin
Sarrebourg
Thème n°2 : Le sport
Constitution de la matière
Chapitre I : Modèles simples de description de l’atome
Année Scolaire
Seconde DL/RM
I Un modèle de l’atome
Au début du Xxème siècle, Rutherford propose pour l’atome le modèle suivant :
Il est constitué d’un noyau central autour duquel des électrons sont en mouvement.
Le rayon du noyau est 100000 fois plus petit que celui de l’atome : La structure de ce dernier est donc lacunaire.
Caractéristiques Nucléon Electron
Proton Neutron
Masse ( kg ) mP=1,673.10-27 mn=1,675.10-27 me-=9,109.10-31
Charge ( C ) + e 0 - e
+ 1,6.10-19 0 - 1,6.10-19
e est appelée la charge élémentaire et vaut 1,6.10-19 C
La masse de l’électron est environ 2000 fois plus petite que celle des protons et des neutrons.
Qu’est ce qui différencie un atome d’un autre atome ?
C’est le nombre de neutrons, protons et électrons qui le composent.
Comment représente-t-on un atome ?
Un atome X contient donc Z protons et (A-Z) neutrons mais aussi Z électrons car un atome est électriquement neutre.
Où est concentrée la masse d’un atome ?
La masse d’un atome est, en première approximation, la masse des éléments qui le composent.
mO = 8*( mP + me- ) + (16 –8)*mn = .................. mNOYAU = 8* mP+ (16 –8)*mn = …………….
- 1 -
Le noyau est constitué
de 2 types de
particules nommées
nucléons
Ordre de grandeur du noyau :
1.10-15 m
Ordre de grandeur du rayon
atomique : 100.10-12 m
Protons (p) Neutrons (n)
Le numéro atomique ou nombre de
protons contenus dans le noyau ou
encore nombre de charge
Symbole de l’atome X
A
Z
Nombre de nucléons
O
16
8

La masse de l’atome réside principalement dans son noyau.
II L’élément chimique
III.1 Les isotopes
Certains atomes possèdent un numéro atomique Z identique, mais différent par leur nombre de nucléons A.
On dit que ces atomes sont des isotopes.
Ex. : le carbone 12
6
12 C
(représente 98,9% à l’état naturel) et le carbone 14
6
14 C
(présent à l’état de traces).
Rem. : Des atomes isotopes ont les mêmes propriétés chimiques, mais n’ont pas la même masse.
Les neutrons supplémentaires du noyau de certains isotopes peuvent les rendre instables et donc radioactifs.
Ainsi, la datation du carbone 14 (élément radioactif) nous permet de dater des événements anciens en mesurant l’activité
radiologique du carbone 14 contenu dans la matière organique dont on souhaite connaître l’âge.
III.2 Les ions monoatomiques
Au cours de certaines transformations chimiques, les atomes peuvent gagner ou perdre des électrons et donner des ions
monoatomiques.
Un cation est un atome qui a perdu un ou plusieurs électrons.
Ex. : les ions hydrogène H+, sodium Na+, Calcium Ca2+sont des cations.
Un anion est un atome qui a gagné un ou plusieurs électrons.
Ex. : les ions chlorure Cl-, fluorure F-, oxyde O2- sont des anions.
Rem. : Lorsqu’un atome se transforme en ion, son noyau n’est pas modifié, son numéro atomique reste donc le même.
Cependant au niveau de la matière, il y a changement d’aspect.
III.3 L’élément chimique
Un élément chimique est une entité chimique caractérisé par son nombre de proton Z et on lui associe
toujours le même symbole X.
Les éléments chimiques sont donc les atomes, leurs isotopes et les différents ions qu’ils forment.
Par exemple,
29
63 Cu
;
29
63 Cu2
et
29
64 Cu
appartiennent au même élément chimique (le cuivre) car ils ont tous 29 protons.
Au cours des transformations chimiques, les éléments chimiques se conservent, aucun élément n’apparaît ni ne disparaît.
Actuellement on connait 117 éléments (du 1 au 118, à l'exception du 117) dont 94 existent à l'état naturel.
Les propriétés chimiques sont déterminées par la structure électronique de l'atome, et dépendent directement du nombre atomique.
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III Un modèle du cortège électronique.
III.1 Répartition des électrons dans un atome.
Les électrons d’un atome ou d’un ion se répartissent en ………………………
C’est sur ces couches plus ou moins proche du noyau que circulent les …………………………..
Chaque couche est caractérisée par son numéro n.
Les électrons sont d’autant plus liés au noyau que la couche à laquelle ils appartiennent a un numéro plus ………………..
Pour distinguer les couches, on utilise aussi les lettres K, L, M….
La répartition obéit à 2 principes :
Principe de PAULI : Chaque couche ne peut contenir qu’un nombre ………..…………… d’électrons :
La couche de numéro n contient au maximum ………. électrons.
Principe de construction : Dans l’état le plus stable de l’atome, appelé état ………………………, les électrons
occupent successivement les couches, en commençant par celles qui sont les plus
……………… du noyau : d’abord K, puis L, ….
La dernière couche occupée est appelée couche ………………. et les électrons de cette couche sont dits ……………………….,
toutes les autres sont appelées couches…………………...
On dit qu’une couche est………………….. quand elle atteint son maximum d’électrons.
Notation d’une couche de numéro n :
n° de la couche Symbole Nombre maximal d’électrons sur la couche
1
2
3
……..
III.2 Répartition des électrons pour les éléments de numéro atomique compris entre 1 et 18. (voir TP n° …)
Ce mode de remplissage n’est valable que pour les 18 premiers éléments chimiques. Pour les autres éléments chimiques, quelques
modifications mineures sont à apporter au raisonnement.
Les éléments dont le numéro atomique est compris entre 1 et 18 sont :
Numéro atomique Z Symbole Nom Etat physique Répartition des électrons
1 H (K)1
2
3
4
5
6(K)2(L)4
7
8O
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
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III.3 Lorsqu’il y a plus de 18 électrons ?
La dernière couche occupée ne peut pas comporter plus de 8 électrons (2 pour l’hydrogène et l’hélium).
En fait, une couche se divise en sous couche nommées s, p, d, f, …
Les sous couches se remplissent suivant un certain ordre :
Chaque sous couche peut contenir un certain nombre d’électrons :
Remarque importante
La dernière couche ou sous couche d’un élément chimique n’est pas nécessairement pleine, tout dépend du nombre d’électrons
qu’il possède.
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Couches K L M N O …
1 2 3 4 5 …
s s s s s …
pppp…
d d d …
ff…
… …
…
Sous-couches
Couches Sous-couche
Nom – Nbre d’e-
Nbre d’e- au total
n = 1 K s2 …….
n = 2 L s2
p6
……
n = 3 M s2
p6
d10
…..
n = 4 N s2
p6
d10
f14
…..
… … … …