Fiche d`exercices "Des atomes aux ions" - cours

Fiche d’exercices "Des atomes aux ions"
Données : m(p) = m(n) = 1,67.10–27 kg ; m(e–) = 9,11.10–31 kg ; charge électrique q(e–) = –1,6.10–19 C
Exercice 1 :
Le radon, présent dans la nature sous forme de gaz, est la principale source externe d'exposition de l'Homme à la radioactivité
naturelle. L'absorption de ce gaz, présent principalement dans les régions granitiques et volcaniques (Régions Auvergne,
Limousin, Rhône–Alpes, Bretagne, Franche–Comté), accroit les risques de cancer du poumon.
1) Indiquer la composition de l'atome de radon 220
86 Rn.
2) Exprimer la formule permettant de calculer la masse de l'atome et la calculer.
3) Que peut–on dire de 220
86 Rn et de 222 86 Rn ?
Exercice 2 :
L'azote, de symbole 7N, est l'atome le plus présent dans l'air. Il compose la molécule de diazote N2 qui est le gaz qui
représente 80 % des molécules contenues dans l'air.
1) Combien de proton sont contenus dans le noyau de l'azote.
En déduire la charge électrique Q de l'ensemble du noyau d'azote ?
2) Quelle est la charge électrique Q' du nuage électronique (l'ensemble des électrons) ?
3) Quelle est la charge électrique de l’atome d'azote ?
Exercice 3 :
L'étain 120Sn était utilisé jusqu'au XIXème siècle dans la fabrication de matériel médical tel que les seringues (le fer ne pouvait
être utilisé car il rouillait et les autres métaux sont des toxiques pour l'Homme même à faible dose, il fallut donc attendre
l'apparition d'alliages et la maitrise de la fabrication des seringues en verre pour voir l'étain disparaître).
La charge totale de son noyau est q = 8,0.10–18 C.
1) D'après la charge totale du noyau, en déduire le numéro atomique Z de l'étain.
2) Quel est le nombre de neutrons de l'atome d'étain ?
3) Combien d'électrons possède cet atome ?
4) Calculer le nombre d'atomes d'étain présents dans un échantillon de 20,0 g d'étain.
Exercice 4 :
Indiquer la composition de l'ion cuivre II 63
29Cu2+.

Correction "Des atomes aux ions"
Exercice 1 :
1) Z = 86 donc l’atome de radon contient 86 p ;
A – Z = 220 – 86 = 134 donc l’atome de radon contient 134 n
Un atome est neutre donc il contient autant de p que d’e– : l’atome de radon contient 86 e–
2) m(atome de 220
86 Rn) = 86.m(p) + 134.m(n) + 86.m(e–)
= 86.m(p) + 134.m(n) car m(e–) négligeable devant la masse des protons m(p)
= 86x1,67.10–27 + 134x1,67.10–27
= 3,67.10–25 kg
3) 220
86 Rn et de 222 86 Rn sont des isotopes car ils sont le même numéro atomique Z mais un nombre de nucléons A différent.
Exercice 2 :
1) 7N donc Z = 7 donc l’atome d’azote contient 7 p.
Ainsi la charge électrique du noyau d’azote Q(noyau 7N) = 7xq(p) = 7x1,6.10–19 = 1,1.10–18 C
2) Un atome est neutre donc il contient autant de p que d’e–. Ici l’atome d’azote contient 7 e–.
Ainsi la charge électrique du nuage électronique Q(nuage) = 7xq(e–) = 7x(–1,6.10–19) = –1,1.10–18 C
3) L’atome est neutre donc la charge électrique est nulle.
Exercice 3 :
1) La charge du noyau est q = 8.10–18 C. Cette charge n’est portée que par les protons car les neutrons sont neutres.
Ainsi Z = charge du noyau
charge élementaire d'un proton = q e = 8.10–18 1,6.10–19 = 50 50 protons
2) 120 nucléons A = 120 A – Z = 120 – 50 = 70 70 neutrons
3) Les atomes sont neutres donc ils contiennent autant d’électrons (charges négatives) que de protons (charges positives) 50 électrons
4) nombre d’atomes = masse de l'échantillon
masse d'un atome
Or m(atome) = 50.mp + 70.mn + 50.m(e–) = 50.mp + 70.mn car la masse des électrons est négligeable par rapport à celle des neutrons et des protons.
m(atome) = 50 x1,67.10–27+ 70 x1,67.10–27 = 2,00.10–25 kg (en prenant en compte la masse des électrons, on trouve la même chose).
Donc nombre d’atomes = masse de l'échantillon
masse d'un atome = 20.10–3 2,00.10–25 = 1,0.1023 atomes d’étain (penser à convertir 20 g = 20.10–3 kg).
Exercice 4 :
Z = 29 donc il y a 29 protons p.
N = A – Z = 63 – 29 = 34 neutrons n.
Dans un atome, le nombre de protons p et le nombre d'électrons e– sont identiques donc dans un atome de cuivre, il y a 29 e–.
Mais 63
29Cu2+ est un ion cuivre II. Il a perdu 2 e– par rapport à l'atome de cuivre donc l'ion cuivre II possède 29 – 2= 27 e–.