a - les atomes

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A - LES ATOMES
L'atome est une "brique" à partir de laquelle la matière que nous connaissons
est « construite » sous forme d’éléments (hydrogène, cuivre, mercure, etc), mais c'est
une "brique" en elle-même très complexe.
Un ATOME est constitué d'un NOYAU contenant pratiquement toute la masse de
l'atome et comportant des charges électriques positives, autour duquel gravitent des
ELECTRONS qui sont des charges électriques négatives (on parle de NUAGE
ELECTRONIQUE ).
Dans son ensemble, l’atome est neutre électriquement car le nombre de
charges positives est égal au nombre de charges négatives.
A - I - LE NOYAU
I - 1 LES NUCLEONS
On distingue au sein d'un noyau deux types de composants appelés nucléons :
le proton: de masse mp = 1,672 . 10 - 27 kg
de charge électrique e = 1,6 . 10 - 19 C
le neutron: de masse mn = 1,674 . 10 - 27 kg
ne possédant pas de charge électrique
On remarque que les masses des deux nucléons sont très voisines et que
la différence importante qui les distingue est qu’ils portent ou non une charge
électrique.
I - 2 NOMBRE DE MASSE ET NUMERO ATOMIQUE
A chaque noyau atomique est associée une écriture conventionnelle composée
de :
- 2 lettres au maximum dont la première est une majuscule, rappelant l'élément
chimique auquel le noyau appartient ;
- 2 nombres :A, son NOMBRE DE MASSE , en haut à gauche,
Z, son NUMERO ATOMIQUE , en bas à gauche.
A
Z
X

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Exemples :
C
14
6
est le symbole d'un noyau de carbone pour lequel A = 14 et Z = 6
On lit : carbone, quatorze, six.
Ca
40
20
est le symbole d'un noyau de calcium pour lequel A = 40 et Z = 20.
On lit calcium, quarante, vingt.
Le nombre de masse A est le nombre de nucléons que possède le noyau.
Le noyau de carbone C
14
6
possède donc 14 nucléons.
Le numéro atomique Z est le nombre de protons que possède le noyau.
Le noyau de carbone C
14
6
possède donc 6 protons.
La connaissance de A et de Z permet de connaître également le nombre de neutrons
contenus dans le noyau.
Le nombre de neutrons correspond à la différence A – Z.
Le noyau de carbone C
14
6
possède 8 neutrons.
I - 3 LES ISOTOPES
Le numéro atomique du noyau caractérise l'élément chimique auquel ce
noyau appartient.
Les noyaux de même numéro atomique Z sont les ISOTOPES d'un même
ELEMENT .
Certains isotopes sont naturels, d'autres artificiels.
Exemples : Isotopes naturels du carbone : C
12
6
et C
14
6
Isotopes naturels de l'uranium : U
235
92
et U
238
92
Isotope artificiel du plutonium : Pu
239
94
Il est usuel de parler du "carbone 14", du "plutonium 239".

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A - II - LE NUAGE ÉLECTRONIQUE
II - 1 L'ELECTRON
C'est une particule : - de masse me = 9,1 . 10 - 31 kg (m
e
=
836 1
m
p
)
- de charge négative e
-
= - 1,6 . 10 - 19 C
On remarque que sa charge électrique est l’opposée de celle du proton.
L’électron est à considérer comme une particule en perpétuel mouvement
rapide autour du noyau.
II - 2 LE NUMERO ATOMIQUE Z
Le numéro atomique Z d'un atome représente aussi son nombre
d'électrons.
Exemples : L'atome de carbone
C
14
6
possède 6 protons et électrons.
L'atome de calcium Ca
40
20
possède 20 protons et 20 électrons.
II - 3 LES COUCHES ELECTRONIQUES
L’espace qu’occupent les électrons autours du noyau peut être divisé en
COUCHES successives (à ne pas imaginer nécessairement sphériques et
concentriques !).
On repère ces couches par un nombre n, et en partant du noyau on trouve les
couches : n = 1, n = 2, n = 3, ...
A chaque couche, on associe une lettre majuscule :
n 1 2 3 4 5 6 7
lettre K L M N O P Q
Ainsi, on parle alors indifféremment de la couche K ou de la couche n = 1.
Chaque couche électronique ne peut contenir qu’un nombre limité
d’électrons.
Au maximum il y a 2 n 2 électrons appartenant à la couche de rang n
Ainsi : la couche K (n = 1) peut contenir au plus 2 × 1
2
= 2 électrons,
la couche L (n = 2) peut contenir au plus 8 électrons, etc.

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A - III - LE TABLEAU PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS
A ce jour on a répertorié des atomes dont le numéro atomique varie de 1 à un
peu plus de 110, mais à l’état naturel l’atome de plus grand numéro atomique est
l’uranium (Z = 92). On connaît donc une centaine d’éléments.
Ces éléments sont classés en un TABLEAU PERIODIQUE dans lequel figure
l'atome de l'isotope le plus répandu. (Une seule exception est faite pour l'élément
chlore (Cl) dont 2 isotopes se trouvent à l'état naturel en quantité appréciable.)
La périodicité correspond à des similitudes de propriétés chimiques que l’on
retrouve par colonne.
Dans ce Tableau, chaque ligne correspond à une couche électronique. Il met
donc en évidence le remplissage de ces couches.
Pour les 10 premiers éléments du Tableau, le remplissage des couches
électroniques se fait comme suit :
Les électrons vont d'abord se placer dans la couche n = 1 (la plus voisine du noyau) ;
quand elle est remplie, ils viennent occuper la couche n ° 2.
Pour les éléments dont Z > 10, qui possèdent donc au moins 3 couches
électroniques, le remplissage de ces couches électroniques n'est plus aussi
automatique :
Le remplissage d'une couche de rang n > 2 peut ne pas être complet alors
qu'apparaissent des électrons sur la couche de rang n + 1
Chaque couche électronique est elle-même divisée en sous couche (repérée
par une lettre minuscule : s, p, d…) qui vont correspondre aussi à des conditions de
remplissage qu’il n’est pas nécessaire de détailler ici.
Deux adresses pour consulter un tableau périodique :
http://www.ktf-split.hr/periodni/fr/pse-pdf.html : pour une impression,
http://www.ktf-split.hr/periodni/fr/ : pour avoir une information complète sur
chaque élément.
Dans le tableau périodique, ce modèle de remplissage en couche et sous
couche du nuage électronique correspond en fait à un état d’énergie potentielle
minimale que peut avoir un atome considéré comme système noyau-électrons
en interaction.
On parle alors d’état d’énergie fondamental de l’atome.
La migration temporaire d’électrons sur d’autres couches ou sous-couches est
possible et correspond alors à d’autres états d’énergie atomiques et à des
atomes dits excités.