TP - Quomodo

Seconde chap4 : l’atome
SECONDE
TP
PROFESSEUR :
RENAUD E
L’atome ou
l’infiniment petit Physique-chimie
Objectifs :
- connaitre l’histoire de l’atome ;
- connaître la constitution d’un atome et de son noyau,
- connaître l’ordre de grandeur du rapport des dimensions respectives de l’atome et de
son noyau,
- savoir que l’atome est électriquement neutre,
- savoir que la masse de l’atome est pratiquement égale à celle de son noyau,
- connaître et utiliser le symbole X,
- connaître le symbole de quelques éléments ;
- savoir qu’un ion est un atome ou groupe d'atomes ayant perdu ou gagné des électrons.
I) L’atome, des philosophes grecs aux scientifiques du XX ème siècle.
Réaliser l’activité n°1 « l’atome, des philosophes grecs aux scientifiques du XX ème siècle »
page 56 + réaliser l’activité n°2 « l’expérience décisive de Rutherford » p.57.
II) Georges Charpak : « à fil tendu »
Lire attentivement le texte extrait du livre « à fil tendu » de Georges Charpak. Répondre
aux questions posées.
Lorsque j'entrai au laboratoire dirigé par Joliot au Collège de France, la connaissance que j'avais
de la structure de la matière ne devait guère dépasser celle acquise par un lycéen de 1993 abonné
aux revues de vulgarisation. Je les résume rapidement : la matière est composée d'atomes, eux-
mêmes constitués de noyaux entourés d'un cortège d'électrons. Les noyaux portent une charge
électrique positive qui est de même valeur et de sens opposé à la charge des électrons qui
gravitent autour du noyau. La masse d'un atome est concentrée dans le noyau. Peut-être, sans
prétendre faire un cours de vulgarisation, puis-je donner quelques précisions en me fondant sur des
notions qui sont intuitives chez presque tous lecteurs ? Un litre d'eau contient environ trente millions
de milliards de milliards d'atomes d'oxygène et deux fois plus d'atomes d'hydrogène. Or le litre
d'eau pèse un kilogramme. Si je devais exprimer la masse de chaque atome avec les unités
familières dans la vie courante, comme le kilogramme, je traînerais des chiffres avec une quantité
quasi insupportable de zéros après la virgule !
Thème n°1 : l’univers Page 1 sur 3

Seconde chap4 : l’atome
Le noyau de l'hydrogène, ou proton, porte une charge électrique positive. Celui-ci a un compagnon,
le neutron, qui est neutre électriquement et a sensiblement la même masse. Tous deux s'associent
de façon très compacte pour constituer les noyaux qui sont au cœur des atomes peuplant notre
univers. Ils s'entourent d'un cortège d'électrons dont la charge compense exactement celle des
protons. En effet, la matière est neutre sinon elle exploserait en raison de la répulsion qu'exercent
l'une sur l'autre des charges de même signe, positif ou négatif. Il faut avoir en tête l'échelle des
dimensions. Le diamètre de l'atome est voisin d'un centième de millionième de centimètre. Celui
d'un noyau d'atome est cent mille fois plus petit. On voit donc que presque toute la masse d'un
atome est concentrée en un noyau central et que, loin sur la périphérie, se trouve un cortège qui
est fait de particules de charge électrique négative, les électrons. C'est ce cortège seul qui
gouverne le contact des atomes entre eux et donc tous les phénomènes perceptibles de notre vie
quotidienne, tandis que les noyaux, tapis au cœur des atomes, en constituent la masse.
La construction des atomes obéit à des lois strictes dont la découverte a été le triomphe de la
mécanique quantique. Les composants n'en sont pas des billes sphériques pesantes et minuscules.
L'addition des protons et des neutrons se fait de façon telle que leur nombre soit sensiblement le
même. La force qui lie les protons et les neutrons ensemble compense largement la répulsion
électrique entre deux particules de même charge très proches. L'étude de cette force est justement
l'objet de la physique nucléaire. Les électrons qui orbitent autour du noyau sont en nombre égal à
celui des protons. Ils s'organisent en obéissant à des lois bien définies et les édifices qu'ils
constituent font l'objet de la physique atomique et moléculaire. Il y a cent vingt ans un Russe génial,
Mendeleïev, avait trouvé de curieuses régularités en classant les atomes connus dans la nature en
fonction de leurs propriétés chimiques et de leur masse. Ces régularités étaient tellement frappantes
que lorsqu'un élément manquait dans une case du tableau, fait de lignes et de colonnes, des
chimistes habiles finissaient, guidés par les propriétés que l'on pouvait deviner à partir de la position
de la case vide, par trouver l'atome manquant. L'intuition géniale devait s'éclairer plus tard, lorsque
fut comprise la façon dont les électrons s'installent sur des étages à des niveaux de liaison
différents autour des noyaux en couches successives ne comportant jamais plus d'un nombre bien
défini d'électrons dans une couche.
Extrait du livre «La vie à fil tendu » de Georges Charpak, prix Nobel de physique 1992
1) Qui est Georges Charpak ? Pour quel travail a-t-il reçu le prix Nobel ?
2) Déterminer en écriture scientifique le nombre d'atomes d'oxygène contenus dans un litre
d'eau ?
3) Quel est en mètre le diamètre d'un atome et de son noyau ? (Utiliser les puissances de 10)
4) Trouver dans le texte une citation qui met en évidence que l'atome appartient au
domaine de
l’infiniment petit.
5) Quelles sont les deux régions que l'on distingue dans un atome ?
6) Comment nomme-t-on les différentes particules constitutives du noyau, appelées nucléons
?
7) Comment se répartissent les électrons ?
8) Quelle est la charge électrique de l'électron ? du neutron ? du proton ?
9) Quelle est alors la charge électrique d'un atome dans son état normal ?
10) Pourquoi la matière doit-elle être neutre ?
11) Où se trouve concentrée la masse de l'atome ?
III)
L’atome ou l’infiniment petit.
On admettra les données suivantes :
- masse d'un proton = masse d'un neutron = m
n
= m
p
= 1,67x1 0
-27
kg ;
- masse d'un électron m
e
= 9,1xlO
-31
kg = m
e
- charge électrique q =1.6 ´ 10
-19
C
Thème n°1 : l’univers Page 2 sur 3

Seconde chap4 : l’atome
1) Remplir le tableau suivant :
Nom de la particule proton neutron électron
Où se trouve-t-elle
Charge électrique
(positive, neutre, négative)
Masse
2) Le noyau d'un atome de cuivre est constitué par 29 protons et 34 neutrons.
a- Préciser le nombre de nucléons et le nombre d'électrons constituant cet atome.
b- Calculer la masse m
noyau
du noyau de cuivre.
c- Calculer la masse m
cu
de l'atome de cuivre.
d- Que pouvez-vous dire de la masse du nuage électronique comparée à celle du noyau ?
Conclure.
IV) Exemple d’atomes.
Le noyau d'un atome est représenté par X
où X est le symbole de l'élément considéré ;
Z est le nombre de charge ou numéro atomique, Soit le nombre de protons ;
A est le nombre de masse, soit le nombre de nucléons.
1) Pour chacun des noyaux représentés compléter la ligne correspondante du tableau
2) Comparer les deux derniers atomes. On les appelle des isotopes, pourquoi ?
Thème n°1 : l’univers Page 3 sur 3
Symbole Nom de l'atome Nombre d'électrons du
cortège électronique
Nombre de
protons
Nombre de
nucléons
Nombre de
neutrons
He
C
Na
Cl
Cl