2nde : Santé Cours Modèle de l`atome – Elément chimique I

2nde : Santé Cours
Modèle de l’atome – Elément chimique
I. Structure de l’atome. (Voir étude d’un document : structure de l’atome)
1. Schéma de la structure de l’atome :
L’ordre de grandeur du rayon atomique est de 10-10 m.
2. Le noyau :
L’ordre de grandeur du rayon du noyau est de 10-15 m.
Le noyau est constitué de nucléons, il existe deux types de nucléons :
 Les protons, portant une charge électrique positive, de charge élémentaire :
e = qproton = 1,60.10-19 C (C : Coulomb, voir le site) et de masse mproton = 1,673.10-27 kg
 Les neutrons, électriquement neutre :
qneutron = 0 C et de masse mneutron = 1,675.10-27 kg ≈ mproton
3. Les électrons :
Les électrons gravitent (tournent) dans le vide autour du noyau. Ils sont chargés négativement, de charge
qélectron = - e = 1,60.10-19 C et de masse mélectron = 9,10.10-31 kg.
4. Représentation symbolique d’un atome :
A
ZX
Le numéro atomique Z représente le nombre de protons : Z = nombre de protons.
Le nombre de masse A représente le nombre de nucléons : A = nombre de protons + nombre de neutrons
Le nombre N de neutrons est alors : N = A – Z
Un atome est toujours électriquement neutre, cela signifie qu’il ya autant de charge positive que de charge
négative dans un atome, donc il y a le même nombre de proton que d’électron :
Nombre de proton = Nombre d’électron
Exemple :
Représentation symbolique : 
F
F : représente le symbole chimique de l’atome de fluor.
A = 19 : Le nombre de nucléons (protons + neutrons) est égal à 19
Z = 9 : Le nombre de protons est égal à 9
Le nombre de neutrons N est : A – Z = 19 – 9 = 10
Le nombre de protons est égal à celui des électrons, car un atome est toujours électriquement neutre.
L’atome de fluor est alors constitué de 9 protons, 10 neutrons et 9 électrons.
5. la masse d’un atome :
On utilisera les notations suivantes :
Masse d’un proton : mp Masse d’un neutron : mn Masse d’un électron : me
La masse d’un atome est égale à la masse de l’ensemble des protons, neutrons et électrons qui le constituent.
matome = Z x mp + (A – Z) x mn + Z x me
La masse d’un atome est concentrée dans son noyau.
6. Exercices d’application :
Exercices n°1/2/3
2nde : Santé 1/3
Noyau
Electron
Nombre de masse
Numéro atomique
Symbole chimique de l’atome

II. L’élément chimique.
1. Les isotopes :
Deux atomes isotopes sont des atomes ayant le même numéro atomique Z, mais un nombre de nucléons A
différent, donc un nombre de neutrons différent.
Exemple :
C  C  C sont des atomes isotopes
2. Les ions monoatomiques :
Un ion monoatomique est un atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.
Un ion chargé positivement est un atome qui a perdu un ou plusieurs électrons, on l’appelle cation comme :
Na+ Ca2+ Al3+
Un ion chargé négativement est un atome qui a gagné un ou plusieurs électrons, on l’appelle anion comme :
Cl- S2- O2-
Exemple de détermination de l’atome charge électrique d’un ion monoatomique :
 Li+ : cation lithium
L’atome de lithium Li électriquement neutre a perdu un électron, donc qion = +e =1,60.10-19 C.
 O2- : anion oxygène
L’atome d’oxygène O électriquement neutre a gagné deux électrons, donc qion = -2e = - 3,20.10-19 C.
3. L’élément chimique :
On appelle élément chimique, l’ensemble des entités chimiques (atomes, différents isotopes, différents ions)
ayant le même numéro atomique Z (même nombre de protons).
Exemple :
Fe, Fe2+ et Fe3+ appartiennent au même élément chimique fer ayant le même numéro atomique Z = 56.
L’élément chimique est caractérisé par son numéro atomique Z.
Au cours des transformations chimiques, les éléments chimiques se conservent. (Voir TP)
Aucun élément n’apparaît ou ne disparaît.
III. Le cortège électronique :
1. Les couches électroniques :
Les électrons d’un atome se répartissent sur des couches électroniques.
Ces couches sont symbolisées par les lettres K, L, M, N …
Les électrons de la couche K sont les électrons les plus proches du noyau, ensuite on s’éloigne de plus en
plus du noyau.
La couche externe est la dernière couche occupée, les autres couches sont appelées couches internes.
Une couche électronique saturée est une couche qui ne peut plus accepter d’électrons.
2. Règles de remplissage des couches :
D’après le principe de Pauli (Voir site sur biographies), les couches n’admettent qu’un nombre limité d’électrons.
Couche électronique
Nombre maximum d’électrons admis
K
2
L
8
M
8
(Certains atomes peuvent admettre jusqu’à 18 électrons)
On remplit d’abord la couche K, puis quand celle-ci est saturée (2 électrons), on remplit la couche L, puis quand
celle-ci est saturée (8 électrons), on remplit la couche M et ainsi de suite.
Les ions monoatomiques suivent les mêmes règles de remplissage que celle de l’atome.
Exemples :
L’atome d’oxygène O a pour numéro atomique Z = 8.
Le nombre d’électrons est 8 puisque l’atome est électriquement neutre.
La structure électronique de cet atome se note : (K)2(L)6
L’atome de chlore Cl a pour numéro atomique Z = 17.
Sa structure électronique est : (K)2(L)8(M)7
Exercices d’application n°4/5/6
2nde : Santé 2/3

2nde : Santé Modèle de l’atome – Elément chimique
Exercices d’application
Exercice 1 :
On considère l’atome de chrome de représentation symbolique 
Cr
Données :
 Charge élémentaire : e = 1,60.10-19 C
 Masse du proton : mp = 1,673.10-27 kg
 Masse du neutron : mn = 1,675.10-27 kg
 Masse d’un électron : me = 9,10.10-31 kg
1. Donner la composition en protons, en neutrons, et en électrons de cet atome. Justifier.
2. Calculer la charge électrique du noyau.
3. Calculer la masse du noyau atomique.
4. Calculer la masse de l’atome. Conclure.
Exercice 2 :
Le noyau d’un atome porte une charge électrique qnoyau = 2,56.10-18 C. Le nombre de nucléons A de cet atome est le
double du nombre de protons Z.
Données :
 Charge élémentaire : e = 1,60.10-19 C
 Masse du proton : mp = 1,673.10-27 kg
 Masse du neutron : mn = 1,675.10-27 kg
 Masse d’un électron : me = 9,10.10-31 kg
1. Déterminer le numéro atomique Z de cet atome.
2. Déterminer le nombre de masse A.
3. Déterminer la masse du noyau.
4. Donner la représentation symbolique de cet atome, sachant que son symbole chimique est S.
Exercice 3 :
Le rayon atomique de l’atome de bismuth de symbole chimique Bi est RBi = 1,46.10-12 m. La charge du noyau atomique
est qnoyau = 1,33.10-17 C. La masse volumique de l’atome de bismuth est Bi = 2,685.1010 kg.m-3.
Données :
 Charge élémentaire : e = 1,60.10-19 C
 Masse d’un nucléon = 1,67.10-27 kg
1. Déterminer le volume de l’atome de bismuth, si l’on considère l’atome comme une sphère parfaite
2. Déterminer le numéro atomique Z
3. Donner la représentation symbolique de l’atome de bismuth
4. Déterminer la composition en neutrons, en protons, et en électrons de cet atome
Exercice 4 :
Dans la nature l’atome de chlore Cl existe sous deux formes de représentation symbolique : 
Cl et  Cl.
1. Comment nomme-t-on ces deux atomes ?
2. Déterminer la constitution de chacun des deux atomes de chlore. Justifier.
3. Déterminer la configuration électronique de chacun des deux atomes. Justifier à l’aide des règles de remplissage.
4. L’ion chlorure porte une charge égale à –e. Donner le symbole de cet ion ainsi que sa structure électronique.
Exercice 5 :
Un atome inconnu possède deux électrons sur sa couche externe M.
1. Déterminer la configuration électronique de cet atome.
2. Déterminer le numéro atomique Z de cet atome.
3. Déterminer la charge électrique du noyau.
4. Donner la représentation symbolique de cet atome sachant que son symbole chimique est Mg.
5. L’ion formé par cet atome résulte de la perte de deux électrons de la couche externe. Donner la structure
électronique de cet ion.
6. Déterminer la charge électrique portée par cet ion. S’agit-il d’un cation ou d’un anion ?
7. Ecrire la formule chimique de cet ion.
2nde : Santé 3/3