corrigé

Des atomes aux ions
Exercice 1:
1. Hydrogène
1
1
H : 1 proton, 0 neutron dans le noyau et 1 électron qui gravite autour
2+
2. ion magnésium Mg
: 12 protons, 12 neutrons, 10 électrons
-
ion chlorure Cl : 17 protons, 18 neutrons, 18 électrons
-19
3. q(neutron) = O C ; q(proton) = +e = +1.6 x10
-19
C; q(électron) = -e = -1,6 x 10
C
4. Un atome est électriquement neutre car il contient autant de charges positives (protons) que négatives
(électrons)
Exercice 2:
1.
Composition de l’atome de fer :
56
26
A = 56 nucléons, Z = 26 protons, (A-Z) = 56-26 = 30 neutrons, 26 électrons symbole :
2.
-27
-26
Masse d’un atome de fer : m = Axmn = 56x1,67x10 = 9,35 x 10
Fe
kg
-19
3. Calculer la charge totale Q du noyau : Q = Zxq(proton) = Z x e = 26 x 1,6 x 10
-18
= 4,16 x 10
-19
-18
La charge Q’ des électrons : Q’ = Zxq(électron) = Zx(-e) = 26 x (-1,6x10 ) = - 4,16 x 10
C
C
La charge totale Q de l’atome : Q = Q’+Q = 0 C
Exercice 3:
Atomes ou ions
Ar
40
Symbole du noyau
Nombre d’électrons
Formule
électronique
18
Si
29
Ar
14
18
2
8
8
(K) (L) (M)
Si
14
2
8
4
(K) (L) (M)
Mg
25
12
2+
Mg
10
2
8
(K) (L)
2-
+
S
32
16
Na
23
S
11
18
2
8
8
(K) (L) (M)
Na
10
2
8
(K) (L)
Exercice 4:
-19
1. La charge totale du noyau q = Zxe, le numéro atomique Z = q/e = 17,6x10 /1,6x10
L’atome contient autant de protons que d’électrons, il contient 11 électrons.
-27
-19
= 11
-27
2.
La masse du noyau m = Axmn , le nombre de nucléons A = m /mnucléon = 40,1.10 /1,67.10 = 24
Le nombre de neutrons : A-Z = 24 – 11 = 13
3.
Le nombre d’atome N contenu dans 80,2 g de matière X :
-3
-27
N = 80 ,2x10 /40,1x10
= 2,00.10
24
atomes.
Exercice 5:
1) 2 espèces chimiques sont isotopes lorsqu’elles ont même nombre de protons mais un nombre de
neutrons différent.
2)
espèce chimique
neutrons
12
protons
12
structure électronique
2
8
2
(K) (L) (M)
Mg
13
12
(K) (L) (M)
Mg 2+
14
12
(K) (L)
24
12
Mg
25
12
26
12
2
8
2
2
8
3) Ces 3 espèces sont isotopes car elles ont même nombre de protons mais un nombre de neutrons
différent. Elles font partie du même élément chimique car elles ont le même nombre de proton.
2
8
4) L’ion magnésium se forme avec cette structure électronique (K) (L) car cela lui permet d’acquérir la
structure stable du néon, c’est à dire 8 électrons sur sa dernière couche : règle de l’octet respectée.
Exercice 6:
1) Composition d’un atome de magnésium : A = 24 nucléons Z = 12 protons 12 électrons
A-Z = 12 neutrons
2
8
2) Structure électronique de cet atome (K) (L) ( M)
2
3) Règles du duet et de l’octet :
2
• Les éléments de numéro atomique proche de celui de l’hélium adoptent la structure électronique (K) .
Ils ont alors deux électrons sur leur couche externe. C’est la règle du « duet ».
• Les autres éléments de numéros atomiques inférieurs à 21 adoptent la structure électronique du néon
ou de l’argon. Ils portent donc 8 électrons sur leur couche externe. C’est la règle de l’octet.
2+
4) L’ion magnésium Mg est un atome de magnésium qui a perdu deux électrons, il en possède 10.
2
8
structure électronique : (K) (L)
Il perd 2 électrons de manière à avoir 8 électrons sur sa couche externe ce qui lui donne une grande
stabilité chimique (règle de l’octet)
5) Intérêt du magnésium dans la construction automobile : légèreté.
-15
6) Le noyau du magnésium ayant un rayon R2 = 1,5x10 m, Rayon atomique R1 = 150 pm.
Rapport entre le rayon atomique du magnésium et celui de son noyau :
Le rayon de l’atome est 100000 fois supérieur au rayon de son noyau : la matière a une structure
lacunaire.
7) 2 espèces chimiques sont isotopes lorsqu’elles ont même nombre de proton mais un nombre de
neutron différent.
24
25
26
8) Ces 3 atomes Mg ; Mg ; Mg sont isotopes car ils ont même nombre de proton Z = 12 mais un
nombre de neutrons différent égale respectivement à 12,13 et 14.
24
9) Expression littérale de la masse d’un atome de magnésium Mg puis calcule de sa valeur.
-27
-31
-26
m(Mg) = A.mnucléon = 24x1,67x10 + 12x9,10x10 = 4,01x10 kg
-19
10) La charge totale du noyau de magnésium q = Z.qproton = Ze = 12x1,60x10
= 1,92x10
-18
C
Exercice 7:
1. Des atomes sont dits isotopes si ils ont le même nombre de protons mais des
nombres de neutrons différents.
2. D’après l’énoncé, l’atome de carbone considéré ici est tel que est Z = 6 et A = 14.
14
Le symbole (notation ZAX ) de ce noyau est donc 6 C .
3. La composition d’un atome de carbone 14 est :
Dans le noyau : Z = 6 protons et (A-Z) = 14-6 = 8 neutrons
Dans le cortège électronique : 6 électrons puisqu’un atome est neutre car il contient
autant d’électrons que de protons.
4. Si la moitié des isotopes
ont disparu : il en reste
50%. Graphiquement, on
obtient un âge de 5000 ans
environ.
5. Si 90% des isotopes ont disparu : il en reste 10%. Graphiquement, on obtient un âge
de 17000 ans environ.
6. La grotte Chauvet est vieille d’environ 31000 ans. On voit sur le graphique qu’autour
de
30000 ans, il reste trop peu d'atomes de carbone 14 et donc que leur quantité varie peu en
fonction du temps. Il n’est donc pas possible de faire une mesure précise de datation.