Parties de l'atome | Physique-Chimie Seconde - Structure de la Matière

Le noyau est situé au centre de l'atome et contient :

• 1 PROTONS : particules chargées positivement
• 2 NEUTRONS : particules électriquement neutres

• 1 Concentre plus de 99,9% de la masse de l'atome
• 2 Très dense malgré sa taille réduite
• 3 Diamètre approximatif : 10^-15 m

• 1 Charge électrique : +1,60 × 10^-19 C (positive)
• 2 Masse : 1,67 × 10^-27 kg
• 3 Localisation : dans le noyau de l'atome
• 4 Symbole : p⁺

Le nombre de protons dans le noyau détermine le numéro atomique Z de l'élément.

Deux atomes avec le même nombre de protons appartiennent au même élément chimique.

• 1 Charge électrique : nulle (neutre)
• 2 Masse : 1,67 × 10^-27 kg (presque identique au proton)
• 3 Localisation : dans le noyau de l'atome
• 4 Symbole : n

Les neutrons stabilisent le noyau en compensant la répulsion électrique entre les protons.

Des atomes du même élément peuvent avoir des nombres différents de neutrons : ce sont des isotopes.

• 1 Charge électrique : -1,60 × 10^-19 C (négative)
• 2 Masse : 9,11 × 10^-31 kg (environ 1836 fois plus léger qu'un proton)
• 3 Localisation : autour du noyau dans des couches électroniques
• 4 Symbole : e^-

Les électrons sont responsables des propriétés chimiques des éléments.

Ils participent aux liaisons chimiques et aux réactions chimiques.

Les électrons de valence (sur la couche externe) déterminent la réactivité chimique.

La notation d'un atome s'écrit généralement sous la forme :

Où :

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

Hydrogène : ¹H₁ (1 proton, 0 neutron)

Carbone : ¹²C₆ (6 protons, 6 neutrons)

Oxygène : ¹⁶O₈ (8 protons, 8 neutrons)

• 1 Numéro atomique (Z) = nombre de protons
• 2 Nombre de masse (A) = nombre de protons + nombre de neutrons
• 3 Nombre de neutrons = A - Z
• 4 Dans un atome neutre : nombre d'électrons = nombre de protons

Pour l'atome de sodium : ²³Na₁₁

• Numéro atomique Z = 11 → 11 protons
• Nombre de masse A = 23 → 23 nucléons
• Nombre de neutrons = 23 - 11 = 12 neutrons
• Nombre d'électrons = 11 électrons (atome neutre)

Des isotopes sont des atomes du même élément chimique qui ont :

• Le même numéro atomique Z (même nombre de protons)
• Des nombres de masse A différents (différents nombres de neutrons)

Les isotopes ont des propriétés chimiques identiques mais des propriétés physiques légèrement différentes.

Hydrogène :

• Protium : ¹H (1 proton, 0 neutron)
• Deutérium : ²H (1 proton, 1 neutron)
• Tritium : ³H (1 proton, 2 neutrons)

Carbone :

• ¹²C (6 protons, 6 neutrons) - le plus courant
• ¹³C (6 protons, 7 neutrons)
• ¹⁴C (6 protons, 8 neutrons) - radioactif

Proposé par Niels Bohr en 1913, ce modèle compare l'atome à un système solaire miniature :

• Le noyau joue le rôle du Soleil (au centre)
• Les électrons tournent autour du noyau sur des orbites circulaires
• Les électrons sont maintenus par l'attraction électrostatique du noyau

Selon la physique classique, un électron en mouvement circulaire devrait émettre de l'énergie et tomber sur le noyau.

Bohr a introduit la notion de niveaux d'énergie quantifiés pour résoudre ce problème.

Ce modèle est simplifié mais utile pour comprendre la structure électronique.

Les électrons sont répartis sur des couches ou niveaux d'énergie autour du noyau :

• Couche K (n = 1) : jusqu'à 2 électrons
• Couche L (n = 2) : jusqu'à 8 électrons
• Couche M (n = 3) : jusqu'à 18 électrons
• Couche N (n = 4) : jusqu'à 32 électrons

La couche K est saturée avec 2 électrons (règle du duet)

Les couches L et M sont stables avec 8 électrons (règle de l'octet)

La structure électronique influence la réactivité chimique

Pour l'atome de chlore : ³⁵Cl₁₇

• Numéro atomique Z = 17 → 17 protons
• Nombre de masse A = 35 → 35 nucléons
• Nombre de neutrons = 35 - 17 = 18 neutrons
• Nombre d'électrons = 17 électrons (atome neutre)

Le chlore a 17 électrons à répartir :

• Couche K : 2 électrons
• Couche L : 8 électrons
• Couche M : 7 électrons

Structure électronique : (K)²(L)⁸(M)⁷

Le chlore a 7 électrons sur sa couche externe M.

Pour respecter la règle de l'octet, il lui manque 1 électron.

Il gagne 1 électron pour devenir l'ion Cl^-.

Cl + 1e^- → Cl^-

Les atomes A (¹²C₆) et B (¹³C₆) sont des isotopes car ils ont le même numéro atomique Z = 6 (carbone) mais des nombres de masse différents.

A et C ne sont pas des isotopes car ils n'ont pas le même numéro atomique :

• A est du carbone (Z = 6)
• C est de l'azote (Z = 7)

Les isotopes doivent être du même élément chimique.

• A : ¹²C₆ → 12 - 6 = 6 neutrons
• B : ¹³C₆ → 13 - 6 = 7 neutrons
• C : ¹⁴N₇ → 14 - 7 = 7 neutrons

• 1 Médecine : imagerie par résonance magnétique (IRM), radiothérapie
• 2 Archéologie : datation au carbone 14
• 3 Énergie : réactions nucléaires dans les centrales
• 4 Électronique : semi-conducteurs basés sur la structure électronique
• 5 Chimie : compréhension des réactions chimiques

La compréhension de la structure atomique est fondamentale pour :

• Expliquer les propriétés des éléments
• Prévoir leur comportement chimique
• Développer de nouvelles technologies