Chap. 4 Les éléments chimiques I. Structure de l’atome Un atome est une entité électriquement neutre, constituée d’un noyau chargé positivement et d’électrons chargés négativement en mouvement autour du noyau. 1- Le noyau Il est constitué de nucléons qui sont : - les protons sont chargés positivement, +e = 1,602 . 10-19C (coulomb) - les neutrons n’ont pas de charge leurs masses est presque identique et mn = mp = 1,67 10-27 kg 2- Les électrons Les électrons portent la charge négative - e = -1,6 10-19C et la masse est 9,109 10-31 kg. L’atome est électriquement neutre dons il y a autant d’électrons qu’il y a de protons dans le noyau. 3- Masse et dimension des atomes Les masses des protons et des neutrons étant très supérieur à celle des électrons on peut considérer que la masse de l’atome est essentiellement contenue dans le noyau. L’atome peut être assimilé à une sphère dont le diamètre est d’environ 10-10 m avec le noyau représenté comme une sphère au centre et dont le diamètre est d’environs 10-15 m c’est-à-dire 100 000 fois plus petit, ce qui nous montre bien le caractère lacunaire de l’atome (comme le système solaire ou l’univers). 4- Symboles Le nombre de charge ou numéro atomique de l’atome est le nombre de protons que contient son noyau on le note Z. Le nombre de masse est le nombre de nucléons contenus dans le noyau, on le note A Le nombre de neutron est N = A – Z neutrons Pour représenter l’atome on utilise son symbole chimique, en haut à gauche figure le nombre de masse et en bas à gauche le numéro atomique A Z X ou X est un symbole chimique 5- Composition de l’atome A Z Z protons A nucléons X N A Z neutrons Z électrons 12 6 6protons 12nucléons C 6neutrons 6électrons 16 8 8protons 16nucléons O 8neutrons 8électrons II. L’élément chimique 1- Les isotopes Les isotopes d’un élément sont des atomes qui ont le même numéro atomique (Z) mais des nombres de masse (A) différents 12 13 14 6 C , 6 C et 6 C sont les isotopes du carbone. 2- Les ions Lorsqu’un atome perd un ou plusieurs électrons il se charge positivement et forme un cation. Si l’atome gagne un ou plusieurs électrons il se charge négativement et forme un anion. La perte ou le gain d’électrons ne modifie pas le noyau. 63 2 La charge de l’ion s’écrit en haut à droite du symbole : 29 Cu Page 1 sur 2 63 29 29protons 63nucléons Cu 34neutrons 27électrons 2 56 26 26protons 56nucléons Fe 30neutrons 24électrons 2 3- Caractérisation d’un élément On caractérise un élément par son numéro atomique. On donne la nom d’élément chimique à l’ensemble des particules (atome ou ion) qui portent le même numéro atomique (Z). 4- Conservation d’un élément Au cours d’une transformation chimique un élément peut se trouver sous différentes formes ou combiné à différents atomes, cependant cet élément est présent au départ et à l’arrivée de la réaction ; on dit alors qu’il y a conservation de l’élément chimique lors des réactions chimiques. Voir TP III. Cortège électronique 1- Les électrons dans l’atome Plusieurs modèles furent élaborés pour représenter les électrons autour du noyau. On admet de nos jours que l’électron n’a pas de trajectoire précise mais seulement une probabilité de présence autour du noyau. Pour l’atome d’hydrogène (un proton et un électron) cette probabilité est maximale dans une sphère dont le rayon est d’environ 50 pm. Les électrons se répartissent dans différentes couches de probabilité de présence. 2- Structure électronique Pour trouver la structure électronique d’un atome ou d’un ion, il faut répartir les électrons dans les différentes couches. Chaque couche est caractérisé par un numéro n (appelé nombre quantique principal) auquel on associe un lettre K,L,M,N,O,P,… Il faut ensuite respecter quelques règles Principe de PAULI Le nombre maximum d’électrons pouvant appartenir à une couche caractérisée par n et : 2n2 Principe de construction Dans l’état le plus stable de l’atome ou de l’ion les électrons occupent successivement les couches en commençant par celles de numéro quantique principal le plus petit jusqu’à saturation avant de commencer la suivante. La dernière couche est la couche externe ou couche de valence avec les électrons externes, les autres sont les couches internes 3- Formule électronique Pour obtenir la formule électronique d’un atome ou d’un ion il faut déterminer d’abord le nombre d’électrons. On écrit les différentes couches remplies entre parenthèse avec en haut à droite le nombre d’électron dans cette couche Al contient 13 électrons Al : (K)2 (L)8 (M)3 Page 2 sur 2