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L’ atome
Le modèle de l’atome de Bohr-Rutherford
 Définition de l’atome :
 L’atome est la plus petite partie de la matière qui ne peut pas être
divisée par transformation chimique, physique ou électrique.
 Plusieurs scientifiques ont travaillé à l’élaboration du
modèle atomique ; John Dalton, Joseph John Thomson,
Ernest Rutherford, Neils Bohr, James Chadwick, …
 D’après Bohr-Rutherford, l’atome est formé d’un noyau
autour duquel gravitent (tournent) des électrons.
 Les électrons tournent autour du noyau très rapidement de façon
désordonnée.
 Les électrons constituent un nuage électronique autour du noyau.
 Le noyau de l’atome est formé de particules appelées nucléons,
qui sont : les protons et les neutrons.
Caractéristiques des particules de l’atome
• L’électron (symbole e-) (J. J. Thomson en 1897)
• L’électron porte une charge électrique négative, représentée par
-e = – 1,6x10-19 C (C = coulomb).
• La masse de l’électron est trop petite. me- = 9,1 x 10-31 kg.
• Le proton (symbole p+) (Rutherford en 1913)
• Le proton porte une charge électrique positive, qui est égale à celle
de l’électron en valeur absolue. Sa charge est +e = + 1,6x10-19 C.
• Sa masse est 1836 fois plus grande que celle de l’électron.
mp+ = 1,67x10-27 kg
Caractéristiques des particules de l’atome
•
Le neutron (symbole n) (Chadwick en 1932)
• Le neutron ne porte pas de charge électrique. Il est neutre.
• Sa masse est 1836 fois plus grande que celle de l’électron. Elle est
presque égale à celle du proton. mn = mp+ = 1,67x10-27 kg
• Note :
• la charge électrique e = 1,6x10-19 C est appelée charge élémentaire.
• 99,9 % de la masse de l’atome se trouve au noyau.
• Le proton et le neutron sont formés de très petites particules appelées
« quarks ».
• Le proton, le neutron et l’électron sont des particules subatomiques.
Les quarks sur YouTube
• Le vidéoclip suivant vous montre une simulation d’un
proton et d’un neutron.
• Un proton est formé de 3 quarks : 2 up et 1 down (2u
et 1d).
• Un neutron est formé de 3 quarks : 1 up et 1 down
(1u et 2d).
Cliquer sur l’adresse et observer.
http://www.youtube.com/watch?v=fUMXfEpYAao
Une figure vaut mille mots!
La figure n’est pas
à l’échelle.
• La figure montre
un atome, son noyau,
un proton/un neutron et
un électron.
Les dimensions de l’atome
La figure montre que :
• L’électron est 1000 fois plus petit que le proton ou le neutron, 10 000 fois
que le noyau et 100 000 000 fois que l’atome!
Les couches électroniques
• D’après Bohr (scientifique danois 1885-1962), les électrons se
placent dans l’atome selon des niveaux d’énergie qu’on
appelle couches électroniques.
• À partir du noyau, les couches sont
désignées par les lettres K, L, M, N, …
• Chaque couche a un numéro n.
• Ce numéro s’appelle nombre quantique
Principal.
– Pour la couche K, n = 1 (la première couche)
– Pour la couche L, n = 2 (la deuxième couche)
– Pour la couche M, n = 3 (la troisième couche) …
Le remplissage des couches
•
•
•
•
•
La couche K contient au maximum 2 eLa couche L contient au maximum 8 eLa couche M contient au maximum 18 eLa couche N contient au maximum 32 eCe nombre maximum d’électrons par couche est
donné par la formule (2n2), n est le numéro de la
couche. Cette formule ne s’applique pas sur les
couches O, P et Q.
Le numéro atomique Z
• On appelle nombre atomique ou numéro atomique
Z, le nombre de protons du noyau.
• La nature et les propriétés chimiques d'un atome
sont liées au nombre de protons de son noyau, qui
est son numéro atomique Z.
• L’atome est neutre. Donc, le nombre d’électrons est
égal à celui de protons Z.
• Z = 6 pour l’élément carbone. Un atome de carbone
contient 6 protons, donc 6 électrons.
Le nombre de masse A
• On appelle nombre de masse A, d’un atome, le
nombre de protons et de neutrons (de nucléons)
contenus dans son noyau.
• Si l’on désigne par N le nombre de neutrons, on voit
que A = Z + N
• Les électrons de la couche périphérique sont appelés
« électrons de valence ».
Exemple 1
• Le numéro atomique d’un atome de sodium
est Z = 11 et son nombre de masse A = 23.
1. Détermine le nombre de proton, le nombre
d’électrons et le nombre de neutrons de cet atome.
2. Combien de couches électroniques y a-t-il dans cet
atome? Explique la réponse.
3. Dessine cet atome.
4. Écris sa configuartion électronique.
Exemple 1 (solution), suite
1. Le nombre de protons est Z = 11.
-
L’atome est neutre, donc le nombre d’électrons = le nombre de
protons = 11.
Le nombre de neutrons N = A – Z = 23 -11
= 12
Dans cet atome, il y a :
11 protons
11 électrons
12 neutrons
Exemple 1 (solution), suite
2. Pour déterminer le nombre de couches
électroniques, on prend le nombre
d’électrons 11.
-
On remplit les couches de l’intérieur vers
l’extérieur.
- il y a 2 e- sur la première couche K
- il y a 8 e- sur la deuxième couche L
- il reste 1 e- sur la troisième couche M
Exemple 1 (solution), suite
3. Le schéma de l’atome de sodium :
On voit que cet atome
contient un seul électron
périphérique qui est
l’électron de valence.
La couche de valence
contient 1 seul électron.
Exemple 1 (solution), suite
4. Comment écrire la configuration électronique
simple d’un atome?
- On écrit le symbole de l’atome suivi de deux
points, puis des couches K, L et M en ordre.
- On met chaque couche entre deux
parenthèses et le nombre d’électrons en
exposant.
Na : (K)2 (L)8 (M)1
Note : Le symbole Na du sodium vient de son nom latin natrium.
Exemple 2 (à votre tour)
Le nombre de masse de l’atome de
chlore est A = 35.
1. Combien d’électrons, de protons
et de neutrons y a-t-il dans cet
atome?
2. Quel est son numéro atomique Z?
3. Écris sa configuration électronique simple.
Exemple 2 (réponses)
1. Le nombre d’électrons = 17 (voir les points
sur les couches), donc le nombre de protons
= 17 (dans un atome neutre, ces deux
nombres sont égaux). Le nombre de neutrons
N = 35 -17 = 18.
2. Le numéro atomique Z = le nombre de
protons = 17
3. Sa configuration électronique
Cl : (K)2 (L)8 (M)7
Les sous-couches électroniques
•
Chaque couche électronique K, L, M, N … est formée
d’orbitales appelées sous-couches.
• Le nombre de sous-couches dans une couche est égal à son
nombre quatique n.
• La couche K (n = 1) a une seule sous-couche représentée par la
lette s.
• La couche L (n = 2) a deux sous-couches représentées par s et p.
• La couche M (n = 3) a trois sous-couches représentées par s, p et
d.
• La couche N (n = 4) a quatre sous-couches représentées par s, p, d
et f.
Note : s = sharp
p = principal
d = diffuse
f = fundamental
Note : pour les atomes trop lourds, il existe une 5e sous-couche appelée g qu’on ne voit pas en
10e année.
La saturation des sous-couches
•
•
•
•
La sous-couche s peut contenir au maximum 2e- .
La sous-couche p peut contenir au maximum 6e-.
La sous-couche d peut contenir au maximum 10e-.
La sous-couche f peut contenir au maximum 14e-.
Note :
–
–
–
–
Chacune des couches K, L, M et N a la sous-couche s.
Chacune des couches L, M et N a la sous-couche p.
Chacune des couches M et N a la sous-couche d.
La couche N a la sous-couche f.
Résumé
Couche
Nombre max.
d’électrons
Nombre de
sous-couches
Sous-couche
Nombre max.
d’électrons
K (n = 1)
2e-
1
s
2e-
L (n = 2)
8e-
2
s
p
2e6e-
M (n = 3)
18e-
3
s
p
d
2e6e10e-
N (n = 4)
32e-
4
s
p
d
f
2e6e10e14e-
La configuration électronique et les souscouches
• La configuration électronique simple de l’atome de
sodium est
Na : (K)2 (L)8 (M)1
• Pour écrire la configuration électronique du sodium
avec les sous-couches :
• On remplace la couche par ses sous-couches.
• On place le numéro de la couche en avant de la lettre qui
représente la sous-couche.
• On met le nombre d’électrons en exposant.
Na : 1s2 2s2 2p6
3s1
Les deux configurations
L’atome de sodium Z = 11
n
1
2
3
Na
(K)2
(L)8
(M)1
Na
1s2
2s2
2p6
3s1
L’atome de chlore Z = 17
n
1
2
3
Cl
(K)2
(L)8
(M)7
Cl
1s2
2s2
2p6
3s2
3p5
L’atome d’argon Z = 18
L’argon est un gaz rare (on dit aussi gaz noble ou gaz inerte). La
couche périphérique M de son atome contient 8 électrons et sa
sous-couche 3d est vide.
n
1
2
3
Ar
(K)2
(L)8
(M)8
Ar
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
L’atome de calcium
•
•
•
•
•
•
Son symbole est Ca.
L’atome a 4 couches K, L, M et N.
Sur les couches, il y a 20 électrons.
Son numéro atomique Z = 20
Son nombre de masse A = 40
20 électrons, 20 protons et 20 neutrons
Remarquer comment les 20 électrons sont répartis sur les
couches K, L, M et N.
La sous-couche 4s se remplit avant la sous-couche 3d.
L’atome de calcium (Z = 20)
n
Ca
Ca
1
2
3
4
(K)2
(L)8
(M)8
(N)2
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
4s2
La représentation d’un atome
• On représente le noyau un atome (appelé nucléide
ou nuclide)par son symbole X devant lequel on met :
– Le numéro atomique Z en indice
– Le nombre de masse A en exposant
– Exemple : Le nuclide de l’hélium
4
2
He