Le modèle de l`atome

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Le modèle de l ’atome
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Plan du cours
I. Le modèle de l ’atome de la classe de seconde
II. Le noyau.
1- constitution
2- Symbole du noyau
3- Les isotopes.
4- définition de l ’élément chimique
III. Les électrons.
1- Qu’est ce qu’un électron?
2- Nombre d’électrons.
3- Répartition en couches.
IV. Les masses dans l ’atome.
1- Calcul de la masse du noyau.
2- Calcul de la masse des électrons.
3- Calcul de la masse de l’atome.
IV. Qui a eu l ’idée de l ’atome?
1- Les grecs (V° siècle Av.JC)
2- Dalton (1776 - 1844)
3- Les expériences de Thomson et de Rutherford (1902 - 1909)
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I. Modèle de l ’atome pour la classe de seconde.
•
Une représentation simplifiée est appelée modèle.
Modèle de l ’atome:
– un noyau central (10-15 m
soit 10 000 fois plus petit que
l ’atome)
– des électrons répartis en
couches autour du noyau
(10-10 m)
– du vide. (la structure de la
matière est essentiellement lacunaire)
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II. Le noyau
1- Constitution.
– Le noyau est constitué
» de protons
particules qui sont
électriquement chargées
positivement, dont la charge
est q = 1,6.10-19 C
» de neutrons
Particules électriquement neutres.
– Ces particules sont appelées des nucléons.
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II. Le noyau
2 - Symbole du noyau.
– Le nombre de charge ou numéro
atomique Z d ’un atome est le nombre de
protons qu’il contient.
– Le nombre de nucléons d ’un noyau est
représenté par la lettre A.
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•
Le nombre de neutrons N dans un noyau vaut donc
N=A-Z
Le noyau d ’un atome de symbole chimique X est représenté par
A
Z
X
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exercice 1
• Compléter le tableau
Nom
Symbole
Zirconium
91
40
Hydrogène
1
1
Cobalt
59
27
Zr
H
Co
Nombre de
protons
Nombre de
neutrons
Nombre de
nucléons.
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II. Le noyau
3- Les isotopes
• Dans un échantillon de cuivre, tous les atomes de cuivre ne sont pas
identiques.
Ils ont tous le même nombre de protons, mais certains atomes ont 63
nucléons et d ’autres 65. Ces atomes sont dit isotopes.
On appelle isotope des atomes qui ont le même numéro atomique Z, mais
des nombres de nucléons A différents.
65
29
Cu
63
29
Cu
Même Z
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Le numéro atomique du fer est Z = 26 et son nombre de
neutrons varie de 28 à 30 .
A
• Ecrire sous la forme X tous les représentants de cet
Z
élément.
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L'isotope le plus abondant du chlore
s'écrit 3
Exercice
35
Cl
17
.
L'autre isotope a un nombre de neutrons égal à 20.
• Ecrire le symbole de cet isotope et donner la structure d'un de ses
atomes.
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II. Le noyau
4- Définition de l’élément chimique
On donne le nom d’élément chimique à l ’ensemble des entités chimiques
(atomes, isotopes, ions) ayant le même numéro atomique Z
Un élément chimique est caractérisé par son numéro atomique Z
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•
•
Parmi la liste suivante, regrouper les entités chimiques appartenant au
même élément chimique. Exercice n°4
Trouver les symboles à la place des points d ’interrogation en vous aidant
de la classification périodique située à la dernière page de votre manuel
129
124
?
?
54
52
124
123
124
115
?
?
?
?
50
52
54
50
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III- Les électrons
1- Qu’est ce qu’un électron?
•
L ’électron est une particule chargée d ’électricité négative. Sa masse est
extrêmement petite:
me- = 9,1.10-31 kg
•
Sa charge électrique est la plus petite charge possible qu’une particule
peut posséder. On parle de la charge élémentaire notée e = 1,6.10-19 C (C
pour coulomb: unité de la charge électrique).
q (charge d ’un électron) = - e
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III- Les électrons
2- Nombre d ’électrons.
Un atome est électriquement neutre. Donc le nombre de protons est égal au
nombre d ’électrons
•
Donnez le nombre d ’électrons présents dans chacun des atomes
suivants.
12
6C
197
63
79Au 29Cu
27
13Al
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III- Les électrons
3 - Répartition en couches.
•
•
Les électrons se répartissent autour du noyau sur plusieurs couches.
Du centre vers l'extérieur:
– La couche K:
2 électrons au maximum.
– La couche L:
8 électrons au maximum.
– La couche M:
8 électrons au maximum.
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exemple:
•
Répartissons ensemble les électrons d ’un noyau de magnésium
12Mg
24
Mg
12
: 12 électrons
Plaçons d'abord 2 électrons
sur la couche K celle qui est
la plus près du noyau.
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exemple:
•
Répartissons ensemble les électrons d ’un noyau de magnésium
12Mg
24
Mg
12
: (K)2
Reste 10 électrons à placer.
Remplissons la couche
L de 8 électrons.
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exemple:
•
Répartissons ensemble les électrons d ’un noyau de magnésium
12Mg
24
Mg
12
: (K)2 (L)8
Reste 2 électrons à placer.
La couche M peut contenir
8 électrons mais il n'en
reste que 2 à placer.
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Structure électronique d ’un atome de magnésium
24
12
Mg : (K)2 (L)8 (M)2
La couche interne est toujours la couche K
La couche externe est la dernière couche remplie
•
Donner la structure électronique :
Exercice n°6:
40
de l ’argon:
18
Ar
11
du bore:
5
B
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IV. Les masses dans l’atome.
1- Calcul de la masse du noyau.
•
Dans un noyau chaque nucléon a une masse 2000 fois plus grande que
celle d ’un électron c ’est à dire:
mn = 1,7.10 -27 kg.
Calculer la masse d ’un noyau de mercure
202
80
Hg
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IV. Les masses dans l’atome.
2- Calcul de la masse des électrons.
•
La masse de chaque électron vaut
me = 9,1.10-31 kg
Calculer la masse des électrons présents dans un atome de mercure
202
80
Hg
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IV. Les masses dans l’atome.
3- Calcul de la masse d ’un atome.
•
A quoi est égale la masse d ’un atome de mercure?
Conclusion:
Dans un atome, l ’essentiel de la masse est
concentré dans le noyau.
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IV. Qui a eu l’idée de l’atome?
1- Les grecs (v° siècle avant J.-C.)
•
Pour moitié les savants de la Grèce antique pensaient que la matière
résultait de la combinaison de quatre éléments: eau, air, terre, feu.
•
Démocrite pensait que la matière était composée de minuscules et
invisibles particules: Les atomes (atomos: qu’on ne peut diviser).
Les atomos
Sa théorie n ’était basée que sur des hypothèses.
Rien n ’avait été prouvé.
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IV. Qui a eu l’idée de l’atome?
2- Dalton (1766 - 1844).
– Dalton (scientifique anglais) savait que la masse se conservait au
cours d ’une réaction chimique et pour expliquer ce fait il émet
les hypothèses suivantes:
» la matière est constituée d ’atomes identiques.
» Les éléments chimiques se différencient par des atomes de
masse différentes.
Rien n ’est encore prouvé par l ’expérience.
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IV. Qui a eu l’idée de l’atome?
3- Les expériences de Thomson et de Rutherford.
•
•
En 1902 Thomson montre la présence de particules chargées
négativement dans l ’atome qu’il appelle électrons.
En 1911 Rutherford démontre que l ’atome contient:
– un noyau au centre.
– des électrons qui gravitent autour
du noyau.
– du vide entre les électrons et le noyau.
Enfin les observations vérifient les hypothèses.
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Description de l'expérience de Rutherford.
En 1909, Marsden, Geiger et Rutherford
entreprirent d’utiliser des particules  (noyaux
d’hélium), produites lors de la désintégration
de noyaux radioactifs de radium, pour explorer
la structure de l’atome. Ils bombardèrent pour
cela une feuille d’or d’environ 0,6 m, placée
dans une enceinte à vide, par un faisceau de
particules  focalisées par deux diaphragmes
D1 et D2.
Ils constatèrent que la grande majorité des
particules traversent la feuille d’or sans être
déviées. En effet, la tache observée sur l’écran
fluorescent garde la même intensité avec ou
sans feuille d’or interposée. Quelques
particules sont légèrement déviées, comme en
témoignent les impacts fluorescents sur
l’écran.
Leur surprise fut de constater que certaines
particules  (une sur 20 à 30000) subissent de
grandes déviations (supérieures à 90 degrés)
et sont donc renvoyées vers l’arrière.
Rutherford en déduisit (mais cela lui prit 2 ans
de réflexion), que l’atome est constitué d’un
noyau très petit par rapport à la taille de
l’atome et qui concentre l’essentiel de la
masse et toutes les charges positives, et d’un
cortège électronique dont le volume est celui
de l’atome.