cours

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Introduction : Qu’est-ce qu’un modèle en sciences ?
En sciences, un modèle est une représentation de la réalité. Ce n'est donc pas la réalité.
 Un modèle doit posséder deux vertus :
- Permettre d'expliquer les propriétés observées.
- Permettre de prévoir d'autres propriétés non encore observées.
 Un modèle est en permanente évolution puisque de nouvelles découvertes sont susceptibles de le mettre
en défaut (ex : le modèle du big-bang).
I. Un modèle de l’atome
I.1. Le modèle de Bohr (1913)
Voir Activité 3a :
 Nous avons vu l’évolution des modèles de l’atome au fil de l’Histoire. Nous resterons sur le modèle de Bohr,
suffisant pour le niveau de Seconde.
I.2. Le modèle actuel de l’atome
On l’appelle « modèle probabiliste » : les électrons ne sont plus des particules
localisées. L’électron peut être modélisé par un « nuage électronique ».
Ex : atome d’hydrogène, avec 1 seul électron (voir schéma ci-contre)
Un atome est donc constitué d’un noyau (électriquement chargé positif) et d’électrons (électriquement chargés
négatif) en mouvement autour du noyau.
I.3. Taille de l’atome
Le noyau est assimilé à une boule dense constituée de nucléons et dont le diamètre vaut dn 10-15 m
(1 femtomètre = 1 fm).
L’atome est assimilé à une sphère délimitée par les nuages d’électrons en mouvement. L’atome a un
diamètre da  10-10 m. (=0,1 nm)
L’atome est donc 105 fois (100 000 fois) plus grand que son noyau. L’atome est donc essentiellement constitué de
vide (1911, Rutherford). On dit que l’atome a une structure lacunaire (fait de vide).
I.4. Electroneutralité de l’atome
Le noyau comporte Z protons de charge électrique +e. Sa charge électrique totale
est : Qnoyau = Z.e
Le nuage électronique comporte Z électrons de charge électrique –e. Sa charge
électrique totale est Qnuage = – Z.e.
De telle sorte que la charge électrique totale de l'atome est nulle. Qatome = 0
L'atome est un édifice électriquement neutre.
Chapitre 3 - Des atomes aux ions

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I.5.Masse d’un atome
Nous verrons (III. du cours) que les électrons ont une masse négligeable devant celle des nucléons. Nous pouvons
donc considérer avec une très bonne approximation que la masse de l'atome est pratiquement égale à la masse
de son noyau. La masse de l'atome X pourra donc s’écrire :
m(X) = A.mp (mp = mn)
II. Le noyau de l’atome
II.1. Constitution du noyau
Le noyau de l'atome est constitué particules, appelées nucléons (nucléo … noyau) :
- les protons (chargés positivement)
- les neutrons (électriquement neutres).
Les valeurs données dans le tableau ne sont pas à retenir. Elles seront données en exercice.
En revanche, on retiendra que :
- la charge électrique portée par le proton est notée e et appelée : charge élémentaire et s’ exprime en Coul omb (C)
- la masse du proton et celle du neutron sont sensiblement égales.
II.2. Notation du noyau
On convient de représenter le noyau d'un atome par le symbole :
A
ZX
avec
A : nombre de nucléons
Z: nombre de protons
 Z est aussi appelé le numéro atomique. C’est le nombre de protons qu'il contient.
 A est aussi appelé le « nombre de masse ». C’est le nombre de nucléons qu'il contient, c’est à dire le
nombre de protons + nombre de neutrons du noyau.
 X représente le symbole de l’élément.
Ex : O: oxygène, Cl: chlore, N: azote.
III. Electrons de l’atome
III.1. Propriétés de l’électron
Charge
Masse
Electron
–e  –1,6.10 -19 C
me  9,1.10 -31 kg
Il n 'e s t p a s n éc e s s a i r e d e r e t e n i r l a va l e u r d e l a m a s s e d e l ' é l e c t r o n .
Mais il est utile de savoir que cette masse est beaucoup plus petite que celle d'un nucléon (environ 2000 fois plus
petite) ce qui nous autorise à négliger la masse des électrons devant celle des nucléons.
La masse me de l ’ él e c t ro n est négligeable devant la masse mp du proton ou celle mn du neutron.
Nom
Charge Q
Masse m
Proton
e 1,6.10 -19C
mp 1,67.10 -27 kg
Neutron
0
mn  1,67.10 -27 kg
II.3. Les isotopes
Les isotopes sont des noyaux de même numéro atomique Z mais de nombres de masse A différents :
ils diffèrent par leur nombre de neutrons.
Exemple : 92U et 92U sont isotopes, l’uranium 235 compte 143 neutrons alors que l’uranium 238 en a 146.
238
235

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La couche K (première couche) peut contenir un maximum de 2 électrons (c'est-à-dire qu'elle peut contenir 0; 1
ou 2 électrons).
La couche L (deuxième couche) peut contenir un maximum de 8 électrons (c'est-à-dire qu'elle peut contenir 0;
1;...; 7 ou 8 électrons).
La couche M (troisième couche) peut contenir un maximum de 8 électrons (seulement pour les éléments tels que
Z<18).
Remarque : lorsqu'une couche est pleine on dit qu'elle est saturée.
 2ème règle (de remplissage)
Le remplissage des couches électroniques s’effectue en ordre : en commençant par la couche K.
Lorsqu’elle est saturée on remplit la couche L, puis à la couche M, et ainsi de suite.
III.4. Structure (ou répartition) électronique d’un atome
Les règles de remplissage précédentes permettent d'établir la répartition électronique (ou structure électronique)
d'un atome ou d'un ion atomique de la façon suivante :
1) On détermine le nombre d'électrons à repartir (Z électrons pour un atome).
2) On écrit, côte à côte et entre parenthèses, les lettres de chaque couche contenant des électrons.
3) On indique, en haut et à droite de chaque parenthèse, le nombre d'électrons présents dans la couche
considérée.
Ex : Atome de carbone Z = 6.
Le noyau de cet atome possède donc 6 protons. Cet atome étant neutre, il possède 6 électrons à répartir.
En utilisant les règles précédentes, on établit la formule électronique du carbone. Soit : (K)2 (L)4.
III.2. Répartition des électrons en couches
Un atome quelconque possède Z électrons dans son cortège électronique. Les électrons
d'un atome quelconque se répartissent en couches autour du noyau.
La couche la plus proche du noyau est notée K (écriture qui vient de l’allemand où
« ker » signifie noyau … i.e. plus proche du noyau), les suivantes sont notées dans
l'ordre croissant d'éloignement : L, M, ....
En Seconde, nous ne considérerons que les trois premières couches (K, L et M).
III.3. Règles de remplissage des couches
 Couche externe
La couche la plus éloignée du noyau qui contient des électrons est appelée couche externe (ou couche de valence).
Les électrons de cette couche externe sont appelés électrons périphériques (ou électrons de valence).
 1ère règle (de remplissage)
Une couche électronique ne peut contenir qu’un nombre limité d’électrons.
III.5. Structure électronique des gaz nobles
L’hélium (He), le néon (Ne), l’argon (Ar), le krypton (Kr), le xénon (Xe) et le radon (Rn) sont appelés gaz nobles.
Leur couche externe comporte deux électrons (un duet) ou huit électrons (un octet) sur leur couche externe, ce qui les
rend très stables (c’est-à-dire peu réactifs).
Exemple : la structure électronique du néon (Z = 10) est (K) 2 (L) 8

III.6. Structure électronique des ions
Un ion est un atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.
Exemple : l’atome de chlore Cl peut gagner un électron pour former l’anion chlorure Cl–
l’atome de cuivre Cu peut perdre 2 électrons pour former le cation cuivre(II) Cu2+
A la différence d’un atome, un ion n’a pas le même nombre d’électrons que de protons : la charge électrique d’un ion
est un multiple de la charge élémentaire e.
Ainsi, l’ion Cu2+ porte la charge q = 2e = 3,20.10–19 C. et l’ion Cl– la charge q = -1,60.10–19 C.
Les atomes forment des ions afin d’acquérir la structure électronique stable d’un gaz noble, qui possède un
duet ou un octet d’électrons sur sa couche externe : c’est ce qu’on appelle la règle de l’octet (ou du duet).
Exemple : L’atome Li structure (K) 2 (L) 1 perd un électron pour former l’ion lithium Li+
et ainsi acquérir la structure en duet de l’hélium, (K)2
L’atome d’oxygène, de structure (K) 2 (L) 6 gagne 2 électrons pour former l’ion O2- , de structure (K) 2 (L) 8.
IV. L’analyse chimique
IV.1. Test d’identification des ions
Avec des réactifs appropriés, les ions forment des précipités caractéristiques. La couleur et la texture du précipité
formé permettent d’identifier les ions.
IV.2. Ionogramme
Un ionogramme est un examen qui consiste à doser les ions contenus dans une solution organique comme le sang
ou l’urine.
L’ionogramme urinaire, qui dose les ions sodium, potassium, calcium et chlore contenus dans les urines, permet
de déceler un dysfonctionnement des reins.