Numéro atomique et masse atomique | Structure de l'atome en Physique-Chimie Seconde

• Hydrogène : Z = 1 (1 proton)
• Carbone : Z = 6 (6 protons)
• Oxygène : Z = 8 (8 protons)
• Fer : Z = 26 (26 protons)

La masse atomique (A) est le nombre total de nucléons (protons + neutrons) dans le noyau d'un atome.

Elle s'exprime en unité de masse atomique (u) ou sans dimension dans les calculs.

• Hydrogène-1 : A = 1 (1 proton, 0 neutron)
• Carbone-12 : A = 12 (6 protons, 6 neutrons)
• Oxygène-16 : A = 16 (8 protons, 8 neutrons)
• Fer-56 : A = 56 (26 protons, 30 neutrons)

La masse atomique A est un nombre entier (nombre de nucléons).

La masse réelle d'un atome est très petite (environ 10⁻²⁷ kg) et est mesurée en unités de masse atomique.

• A = nombre de masse (nombre total de nucléons)
• Z = numéro atomique (nombre de protons)
• X = symbole de l'élément chimique

• ¹H₁ : hydrogène
• ¹²C₆ : carbone-12
• ¹⁶O₈ : oxygène-16
• ⁵⁶Fe₂₆ : fer-56

On peut simplifier en écrivant : H-1, C-12, O-16, Fe-56

Ou encore : ¹H, ¹²C, ¹⁶O, ⁵⁶Fe

Le numéro atomique est souvent omis car on connaît l'élément.

La masse atomique A est la somme des protons et des neutrons.

Le numéro atomique Z est le nombre de protons.

Donc le nombre de neutrons est la différence : A - Z

• Carbone-12 : A=12, Z=6 → neutrons = 12-6 = 6
• Oxygène-16 : A=16, Z=8 → neutrons = 16-8 = 8
• Calcium-40 : A=40, Z=20 → neutrons = 40-20 = 20
• Uranium-238 : A=238, Z=92 → neutrons = 238-92 = 146

Le nombre de protons (Z) est toujours constant pour un élément donné.

Le nombre de neutrons peut varier → existence des isotopes.

Le tableau périodique classe les éléments par ordre croissant de numéro atomique.

Chaque case du tableau contient le symbole de l'élément et son numéro atomique.

Le numéro atomique détermine la configuration électronique.

Il influence les propriétés chimiques de l'élément.

Les éléments avec des numéros atomiques proches ont des propriétés similaires.

Des isotopes sont des atomes du même élément chimique (même Z) mais avec un nombre de neutrons différent.

Ils ont donc des masses atomiques différentes (différent A).

• Hydrogène : ¹H (0 neutron), ²H (1 neutron), ³H (2 neutrons)
• Carbone : ¹²C (6 neutrons), ¹³C (7 neutrons), ¹⁴C (8 neutrons)
• Oxygène : ¹⁶O (8 neutrons), ¹⁷O (9 neutrons), ¹⁸O (10 neutrons)

Similitudes : même Z → mêmes propriétés chimiques

Différences : différent A → masses différentes → propriétés physiques légèrement différentes

• ¹⁴N₇ : Z=7, A=14 → 7 protons, 7 neutrons, 7 électrons → Azote
• ¹⁶O₈ : Z=8, A=16 → 8 protons, 8 neutrons, 8 électrons → Oxygène
• ²³Na₁₁ : Z=11, A=23 → 11 protons, 12 neutrons, 11 électrons → Sodium
• ³⁵Cl₁₇ : Z=17, A=35 → 17 protons, 18 neutrons, 17 électrons → Chlore

Il n'y a pas d'isotopes parmi ces atomes car ils correspondent tous à des éléments différents.

Des isotopes auraient le même numéro atomique (Z) mais des masses atomiques (A) différentes.

• ¹²C : Z=6, A=12 → 6 protons, 6 neutrons, 6 électrons
• ¹³C : Z=6, A=13 → 6 protons, 7 neutrons, 6 électrons
• ¹⁴C : Z=6, A=14 → 6 protons, 8 neutrons, 6 électrons

Similitudes : même numéro atomique Z=6 → même élément, mêmes propriétés chimiques

Différences : nombres de masse A différents → masses atomiques différentes

Les propriétés chimiques dépendent du cortège électronique.

Tous les isotopes du carbone ont le même nombre d'électrons (6), donc les mêmes propriétés chimiques.

La masse atomique moyenne d'un élément est la moyenne pondérée des masses de tous ses isotopes naturels.

Elle tient compte de l'abondance naturelle de chaque isotope.

Le chlore naturel est constitué de 75,77% de ³⁵Cl et 24,23% de ³⁷Cl.

Masse atomique moyenne = (35 × 0,7577) + (37 × 0,2423) = 35,45 u

C'est cette valeur qu'on trouve dans le tableau périodique.

La masse atomique moyenne est utilisée pour les calculs chimiques.

Elle représente la masse d'un atome moyen d'un élément naturel.

Masse moyenne = (masse₁ × abondance₁) + (masse₂ × abondance₂)

Masse moyenne = (10,01 × 0,199) + (11,01 × 0,801)

Masse moyenne = 1,992 + 8,819 = 10,81 u

La masse atomique moyenne du bore est effectivement de 10,81 u, ce qui correspond à la valeur du tableau périodique.

• 1 Nombre de protons dans le noyau
• 2 Identifie l'élément chimique
• 3 Constant pour un élément donné
• 4 Égal au nombre d'électrons dans un atome neutre

• Nombre total de nucléons (protons + neutrons)
• Calcul : A = nombre de protons + nombre de neutrons
• Peut varier pour un même élément → isotopes

• Même Z (numéro atomique)
• Différent A (masse atomique)
• Mêmes propriétés chimiques
• Propriétés physiques légèrement différentes