CHAPITRE 1 : L`ATOME ET L`ELEMENT CHIMIQUE

ATOME ET ELEMENT
OBJECTIFS
 Connaître la constitution de l’atome (structure, particules constitutives, répartition des électrons
en couches).
 Connaître la définition d’un isotope, d’un ion monoatomique.
 Donner la structure d’un atome ou d’un ion monoatomique à partir de son numéro atomique Z et de
son nombre de nucléons A.
I) L’ATOME
Un atome est constitué d’un noyau autour duquel gravitent des électrons. Un atome est
électriquement neutre.
1) Le noyau et sa composition
Deux sortes de particules, appelées nucléons, constituent le noyau :
- Les protons, positifs,
- Les neutrons, électriquement neutres .
Représentation du noyau :
Remarques
 nombre de neutrons = A-Z.
 l’atome étant électriquement neutre, il possède autant d’e- que de protons.
Applications :
Atome
Nb de nucléons
Nb de protons
Nb de neutrons
Nb d’électrons
Quelle est la représentation du noyau de l’atome de chlore qui possède 17 e- et 18 neutrons ?
EXERCICE VI
2) Masse de l’atome
Un atome contient des e-, des protons et des neutrons. On donne la masse de chacune de ces
particules :
m (e-) = 9,1.10-31 Kg m (proton) = m(neutron) = 1,67.10-27 Kg.
X
A
Z
A = le nombre de masse = nombre de nucléons
Z = le numéro atomique = nombre de protons
X = symbole de l’élément.
U
238
92
Al
27
13
Mg
24
12
C
12
6

Calcul de la masse de l’atome :
m (atome) = nbre d’é x m (e-) + nbre de protons x m (proton) + nbre de neutrons x m (neutron)
Application : m(C) = 2,0045.10-26 Kg
Remarque :
Calculer la masse du noyau de l’atome de carbone.
m(noyau C) = 2,004.10-26 Kg
On peut donc dire que la masse des électrons est négligeable devant la masse du noyau.
On a m(C) = m(noyau C)
3) Charge de l’atome
La charge d’un atome est notée Q. Son unité est le coulomb (C).
Charges des particules élémentaires :
q(p) = +e = 1,6.10-19C (e : charge élémentaire)
q(e-) = -e = -1,6.10-19C
q(n) = 0 C
Exemple :
Charge du noyau de l’atome de C : (contient 6p et 6n) Q(noyau C) = 6e = 9,6.10-19C
Charge du nuage électronique de l’atome de C : (contient 6e-) Q(nuage C) = -6e = -9,6.10-19C
Charge de l’atome de C : Q(C) = 0
Remarque :
La charge d’un atome est toujours nulle : c’est une entité électriquement neutre.
EXERCICE I
4) Dimension de l’atome (structure lacunaire)
Etude du document : l’expérience de Rutherford.
EXERCICE II
5) Le modèle du « cortège (ou nuage) électronique »
a) Répartition des électrons
Ce nuage est formé d’électrons, particules chargées négativement.
Un atome contient Z e-. Le nombre d’e- = nombre de protons ; ce qui rend l’atome
électriquement neutre.
Les e- sont liés au noyau grâce à l’attraction des charges + des protons sur les charges – des e-.
Ils se répartissent en « couches » autour du noyau.
Chaque couche d’électrons est représenté par une lettre majuscule :
n° couche
1
2
3
4
5
…
lettre
K
L
M
N
O
La couche K est la plus proche du noyau.
noyau
é

b) Remplissage des couches
Nous n’étudierons que les éléments ayant un Z  19.
Première règle (règle de Pauli) :
Chaque couche ne peut contenir qu’un nombre limité d’e-.
Soit n le n° de la couche ; nombre limite de- = 2n2.
Couche K : 2 x 12 = 2 e-
Couche L : 2 x 22 = 8 e-
Couche M : 2 x 23 = 18 e-.
Deuxième règle :
Les e- occupent les couches dans l’ordre croissant. Pour placer les Z e-, on commence par
remplir totalement la couche K, puis la couche L, puis la M.
Exemple : le sodium Na (Z = 11)
M
L
K
Ecriture des couches :
On appellera cette écriture la formule électronique de l’atome.
- Chaque couche est représentée par sa lettre entre parenthèse : (K) ; (L) ; (M) …
- Le nombre d’e- de chaque couche est placé en exposant (en haut à droite).
- Les couches vides ne sont pas mentionnées.
Exemple : Na (Z = 11) (K)2 (L)8 (M)1
C (Z = 6) (K)2 (L)4
Li (Z = 3)
Ar (Z = 18)
Si (Z = 14)
La dernière couche écrite est appelée la couche externe. Les e- de la couche externe
détermine la construction des édifices chimiques.
EXERCICE VIII seulement C et Si !
II) LES ISOTOPES
Ce sont tous les atomes ayant le même n° atomique Z mais ayant des nombres de masse A
différents. Le nb de neutrons est donc différent entre les isotopes.
Exemple :
III) LES IONS MONOATOMIQUES
(Il existe des ions poly-atomiques.)
Un ion monoatomique se forme à partir d’un atome qui perd ou gagne un ou plusieurs e-.
Le noyau d’un ion reste identique au noyau de l’atome auquel il correspond ; seul le nuage
électronique change au niveau des e- de la couche externe.
C
12
6
C
13
6
C
14
6

1) Les cations
Un cation porte une charge positive. Il se forme à partir d’un atome qui perd un ou plusieurs e-.
Exemple : Mg2+ vient de l’atome Mg. Il a perdu 2 e-.
(Ou Cu2+ avec Cu 64/29)
2) Les anions
Un anion porte une charge négative. Il se forme à partir d’un atome qui gagne un ou plusieurs e-.
Exemple : Cl- vient de l’atome Cl. Il a gagné 1 e- .
Autres exemples au programme :
Li+, Na+, K+, Ca2+, Be2+, Al3+, F-, Cl-, Br-, I-, O2-, S2-, N3-
EXERCICE III, VII , VIII (fin)
IV) L’ELEMENT CHIMIQUE
1) Un exemple : l’élément cuivre
Voir TP C6
L’élément cuivre représente ce qui est commun au métal cuivre et à tous ces composé, malgré la
diversité de leurs apparences.
Au cours des différentes transformations chimiques, l’élément cuivre s’est conservé.
2) Généralisation
On donne le nom d’élément chimique à l’ensemble des particules (atomes ou ions) caractérisées par
le même nombre Z de protons dans leur noyau.
Il y a conservation de l’élément au cours des transformations chimiques.
Il existe aujourd’hui 116 élément connus dont 109 ont reçu un nom officiel et un symbole chimique.
Symbole :
Chaque élément possède un nom et un symbole.
- Ce symbole est souvent la 1ère lettre de son nom. Cette lettre s’écrit alors en majuscule (H, O,
C, …).
- Lorsque les noms commencent par la même lettre, on ajoute la 2ème en minuscule (He, Br, Ar,…)
- Il existe des exceptions ; les symboles dérivent souvent du nom latin (Au, N,…).
EXERCICE IV et V
3) Carte d’identité
Carte d’identité des 18 premiers élément à remplir au cours de l’année.
contient 12 protons, 12 neutrons et 10 é
2
24
12Mg
contient 17 protons, 18 neutrons et 18 é
Cl
35
17

Nom de
l’élément
SYMBOLE
Nom
Z
A
Symbole
Isotopes
naturels
Date et lieu
de
découverte
Savant
l’ayant
découvert
Etymologie
du nom
Nom de
l’élément
SYMBOLE
Nom
Z
A
Symbole
Isotopes
naturels
Date et lieu
de
découverte
Savant
l’ayant
découvert
Etymologie
du nom
Nom de
l’élément
SYMBOLE
Nom
Z
A
Symbole
Isotopes
naturels
Date et lieu
de
découverte
Savant
l’ayant
découvert
Etymologie
du nom
Nom de
l’élément
SYMBOLE
Nom
Z
A
Symbole
Isotopes
naturels
Date et lieu
de
découverte
Savant
l’ayant
découvert
Etymologie
du nom
Nom de
l’élément
SYMBOLE
Nom
Z
A
Symbole
Isotopes
naturels
Date et lieu
de
découverte
Savant
l’ayant
découvert
Etymologie
du nom
Nom de
l’élément
SYMBOLE
Nom
Z
A
Symbole
Isotopes
naturels
Date et lieu
de
découverte
Savant
l’ayant
découvert
Etymologie
du nom
Nom de
l’élément
SYMBOLE
Nom
Z
A
Symbole
Isotopes
naturels
Date et lieu
de
découverte
Savant
l’ayant
découvert
Etymologie
du nom
Nom de
l’élément
SYMBOLE
Nom
Z
A
Symbole
Isotopes
naturels
Date et lieu
de
découverte
Savant
l’ayant
découvert
Etymologie
du nom