chapitre i: les constituants de la matiere

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CHAPITRE I: LES
CONSTITUANTS DE LA
MATIERE
Les éléments de la matière | L’atome | Les éléments chimiques | Les isotopes
chimiques | Les applications médicales des isotopes radioactifs | Représentation
des éléments selon Lewis | Valence des principaux radicaux | Règle de l’octet et
variation de l’indice d’électronégativité | Variation de l’énergie d’ionisation |
Variation du caractère métallique | Formation des ions | Les liaisons chimiques |
L’unité de quantité de matière : la mole | Classification de la matière | Notions de
concentration, concentration pondérale, molarité |
Les éléments de la matière
Trois particules constituent la base de toute matière : le proton, le neutron et l’électron.
Ces particules se définissent en fonction de deux critères : leur charge électrique et leur masse.
Les protons ont une charge positive, les électrons une charge négative, les neutrons ne portent pas
de charge électrique.
Les protons et les neutrons ont une masse relativement égale et sont 1850 fois plus lourds que les
électrons.

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L'atome
L’atome peut être défini comme étant la particule ultime pouvant intervenir dans les phénomènes
chimiques.
Dans l’atome, protons et neutrons sont concentrés dans un noyau extrêmement dense, complexe
et petit. On parle de noyau atomique. C’est pour cela que l’on désigne également les protons et
neutrons sous le terme générique de nucléons. Les protons confèrent au noyau atomique une
charge positive.
Ce noyau atomique est entouré par un nuage d’électrons chargés négativement, présents en
nombre égal à celui des protons et maintenus en orbite par attraction électrostatique au noyau :
l’atome constitue ainsi un ensemble électriquement neutre.
La masse des nucléons étant beaucoup plus grande que celle des électrons (considérée comme
négligeable), c’est le nombre de nucléons présents dans le noyau atomique qui détermine la masse
de l’atome. On parle de nombre de masse (A).
Le nombre de protons et le nombre d’électrons qui déterminent respectivement le nombre de
charges positives et négatives que contient l’atome est appelé nombre atomique (Z).
Modèle de Böhr de l’atome de carbone

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Généralement, on représente un atome quelconque en apposant :
- en indice à gauche son nombre atomique Z;
- en exposant à droite son nombre de masse A.
Avec ces deux nombres, on connaît entièrement la constitution de l’atome.
Exemple : 17 Cl 35
Nombre atomique Z = 17 Nombre de masse A = 35
A
↓
Z → 17 protons et 17 électrons
18 neutrons
_________
35 nucléons
La taille de l’atome et de son noyau
Un atome a une taille de l'ordre de 10-10m. Un noyau d'atome a une taille de l'ordre de 10-15m.
La masse de l'atome
La masse d'un nucléon est de 1,7 10-27kg. Protons et neutrons ont quasiment la même masse. La
masse d'un électron est de 9,1 10-31kg. 99,97 % de la masse d’un atome est donc dans son noyau.
Illustration des proportions
Imaginons que l’on grossisse mille milliards de fois un atome d'hydrogène.
le noyau est constitué d'un seul proton. Il a une taille de un millimètre et a une masse de 1,7
millions de tonnes !

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L'unique électron a une taille inférieure à un micron (un millième de millimètre) et a une masse
de 900 tonnes !
Cet électron circule autour du noyau dans un volume d'environ 100m de diamètre: c'est la taille de
cet atome d'hydrogène, tout le reste est vide ! Le volume de l'atome est donc constitué d'au moins
99,9999999999999% de vide !
Exercices :
Combien faudrait-il aligner d'atomes pour atteindre un centimètre ?
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De combien de fois le noyau est-il plus petit que l’atome lui-même ?
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De combien de fois la masse de l’électron est-elle plus petite que celle du nucléon ?
………………………………………………………………………………………..……………..

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A propos de …
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C'est en 1911, qu'un savant
anglais, Ernest Rutherford, voit
que des particules projetées sur
de la matière la traversent
comme si c'était du vide, sauf
quelques-unes, très rares qui
sont déviées ou même
rebondissent. Il découvre ainsi
que presque toute la masse de
l'atome est concentrée dans un
volume un million de milliards
de fois plus petit que lui : le
noyau atomique.
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Les nucléons sont composés de
quarks
L'électron ne semble pas avoir
de structure interne. Par
contre, les nucléons (proton et
neutron) sont des particules
composites, chacune contenant
trois quarks. Comme l'électron,
les quarks apparaissent sans
structure interne. Seuls deux
types de quark, appelés up et
down, sont nécessaires pour
construire le proton et le
neutron. Ils ont des charges
électriques de +2/3 et de -1/3
en comparaison de la charge de
l'électron qui est de -1.
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Dans ce si petit noyau
Dans ce minuscule volume qu’est
le noyau, non seulement les
protons se repoussent très
fortement car ils sont porteurs
de charges électriques de même
signe, mais protons et neutrons
dansent un vertigineux ballet à
plus de 30 000 km/s. Pourtant,
le noyau ne s'éparpille pas en
gerbes de nucléons et garde sa
cohésion. C'est qu'il y règne
une force colossale qui fait
s'attirer les nucléons bien plus
fortement que la force
électrique ne fait se repousser
les protons. Elle est appelée
force nucléaire.