Activité-cours 2nd Quelle est la structure de l`atome

Activité-cours 2nd
Quelle est la structure de l’atome ?
Notion du programme mises en jeu :
-Connaître la constitution d’un atome et de son noyau.
-Connaître et utiliser le symbole AZX.
-Savoir que l’atome est électriquement neutre.
-Connaître le symbole de quelques éléments. Reconstitution en 3D du noyau d'un atome
Compléter ce fichier avec vos réponses et imprimez le, il vous servira de cours.
Document n°1 :
« Lorsque j’entrai au laboratoire dirigé par Joliot au Collège de France, la connaissance que j’avais de la
structure de la matière ne devait guère dépasser celle acquise par un lycéen de 1993 abonné à de bonnes revues
de vulgarisation.
Je les résume rapidement : la matière est composée d’atomes, eux- mêmes constitués de noyaux entourés d’un
cortège d’électrons.
Les noyaux portent une charge électrique positive qui est de même valeur et de signe opposé à la charge des
électrons qui gravitent autour du noyau.
La masse d’un atome est concentrée dans le noyau. » L’électron ne pesant que 9,1.10-31 kg. « Le noyau de
l’hydrogène, ou proton, porte une charge électrique positive. Celui-ci a un compagnon, le neutron, qui est
neutre électriquement et a sensiblement la même masse » (1.67*10-27 kg). Ces deux compagnons font partie de la
famille des nucléons.
Tous deux s’associent de façon très compacte pour constituer les noyaux qui sont au cœur des atomes peuplant
notre univers. Ils s’entourent d’un cortège d’électrons dont la charge compense exactement celle des protons.
En effet, la matière est neutre sinon elle exploserait en raison de la répulsion qu’exerce l’une sur l’autre des
charges de même signe, positif ou négatif.
Il faut avoir en tête l’échelle des dimensions. Le diamètre moyen d’un atome est voisin d’un centième de
millionième de centimètre.
Celui d’un noyau d’atome est cent mille fois plus petit. On voit donc que presque toute la masse d’un atome est
concentrée en un noyau central et que, loin sur la périphérie, se trouve un cortège qui est fait de particules de
charge électrique négative, les électrons.
C’est ce cortège seul qui gouverne le contact des atomes entre eux et donc tous les phénomènes perceptibles de
notre vie quotidienne, tandis que les noyaux, tapis au cœur des atomes, en constituent la masse. »
Georges Charpak
Extrait du livre « La vie à fil tendu »

QUESTIONS :
1) Faites une rapide bibliographie de Georges Charpak.
2) A partir du texte précédent, répondre aux questions suivantes :
a) La matière est constituée d’atomes, eux-mêmes constitués d’autres particules. Trouver dans le texte le nom des
particules qui constituent l’atome ainsi que leur place dans celui-ci, remplir le schéma suivant :
b) Placer les mots suivants aux bons endroits :
Le neutron / positive / négative /neutre/ + 1,6.10-19 C / 0 / - 1,6.10 -19 C / -e
- Un électron a une charge électrique................…... qe = ………………….
Pour simplifier cette écriture, on dit qu’un électron porte la charge élémentaire qe= …………………..
- Un proton a une charge électrique………. qp =……………………. .
Pour simplifier cette écriture, on dit qu’un proton a une charge électrique qp = + e.
- Dans le noyau, le proton a un compagnon : le ………….……. qui est électriquement ………….. : donc ssa
charge électrique est égale à qn=0.
-Les protons et les neutrons font partie de la même famille, celle des …………………
Remarques:
-Les valeurs des charges électriques sont notées q.
- Le Coulomb, noté C, est l’unité de la charge électrique.

c) Trouver dans le texte la masse des différentes particules qui composent l’atome et comparer-les.
melectron=………………….. kg mneutron=…………………….kg
mproton=………………………kg
d) Est-ce qu’il est important de calculer la masse des électrons lorsque l’on veut calculer la masse d’un atome ?
Indice : comparer la masse d’un électron à celle des autres particules.
3) Retrouver dans le texte, les phrases qui montrent que l’atome est électriquement neutre :
4) Soit un noyau ayant Z protons, combien possède t-il d’électrons ?
5) Pourquoi la matière doit-elle être neutre ?
6) Exprimer à l’aide d’une puissance de dix le diamètre moyen d’un atome en mètre.
7) Exprimer à l’aide d’une puissance de dix le diamètre moyen du noyau d’un atome en mètre.
Document n°2 : L’expérience de Rutherford. VIDEO à voir sur votre commun
Rutherford est un scientifique anglais (originaire de
Nouvelle-Zélande) qui a, entre autre, découvert que le
rayonnement émis par le radium (qui est radioactif) est
constitué d’ions d’Hélium He2+, donc chargés positivement.
Pour rappel, mais nous le développerons plus tard dans le
cours, les ions positifs sont des atomes ayant perdu un ou
plusieurs électrons. Ce rayonnement est nommé α (alpha).
Pour essayer de compléter la théorie de Thomson, il envoie
ces ions He2+ sur une feuille d’or. Les atomes d’or sont
beaucoup plus lourds que les ions He2+. L’écran fluorescent lui permet de connaitre la trajectoire des ions He2+
une fois la feuille d’or « rencontrée ».
En 1911, après une longue réflexion, Rutherford propose un nouveau modèle, dans lequel l'atome est constitué
d'un noyau chargé positivement, autour duquel des électrons, chargés négativement, sont en mouvement et
restent à l'intérieur d'une sphère. L’espace entre le noyau et les électrons étant rempli de vide.

Document n°3 : Modèle atomique de Thomson
Le modèle atomique de Thomson (dit aussi modèle de plum pudding) fut proposé
par J.J. Thomson, qui découvrit l'électron en 1897.
Il fut proposé en 1904 avant la découverte du noyau atomique. Dans ce modèle,
l'atome est composé d'électrons, plongés dans une « soupe » de charge positive pour
équilibrer la charge négative des électrons, comme des prunes (plum en anglais) dans
un pudding.
Les électrons (comme nous les connaissons aujourd'hui) étaient considérés comme
dispersés au sein de l'atome, mais avec de multiples structures possibles pour leurs
positionnements, comme en particulier des anneaux tournants d’électrons.
Questions :
1) Quelles observations ont permis à Rutherford de donner son modèle indiqué en italique ?
2) Compléter le schéma suivant à l’aide des observations précédentes :
Remarque : on considérera que la feuille d’or ne contient qu’une seule couche d’atomes d’or ce qui n’est pas la
réalité et que l’effet des électrons des atomes d’or est négligeable.
3) Si les atomes d'or étaient conformes au modèle de Thomson, est-il probable que la grande majorité des ions He2+
(α) traversent la feuille d'or sans être déviés ? Pourquoi ?
4) En sachant que deux entités chimiques possédant des charges électriques de même signe se repoussent et en se
référant au schéma complété ci-dessus, expliquez comment Rutherford a pût déduire que la charge électrique du
noyau était positive.