Atome d'hydrogène : Le plus simple des atomes, constitué d'un proton et d'un électron.
- Identifier le numéro atomique Z de l'hydrogène dans le tableau périodique
- Déterminer la composition du noyau
- Identifier la structure électronique
L'hydrogène a Z = 1, ce qui signifie qu'il a 1 proton dans son noyau
Noyau de l'hydrogène : 1 proton (le plus courant), 0 neutron
Dans un atome neutre, il y a autant d'électrons que de protons : 1 électron
L'électron gravite autour du noyau dans la première couche électronique
Représentation : \(_1^1H\) (Z=1, A=1)
L'atome d'hydrogène est constitué d'un noyau avec 1 proton et d'un électron en orbite autour du noyau
• Numéro atomique : Z = nombre de protons
• Neutralité : Dans un atome neutre, Z = nombre d'électrons
• Représentation : \(_Z^A X\) où A est le nombre de masse
Atome de carbone : Élément chimique avec Z = 6, très important en chimie organique.
Z = 6, donc 6 protons dans le noyau
Le carbone naturel a A = 12 (isotope le plus abondant)
N = A - Z = 12 - 6 = 6 neutrons
Dans un atome neutre, 6 électrons gravitent autour du noyau
Charge positive du noyau (+6) équilibrée par la charge négative des électrons (-6)
Un atome de carbone a 6 protons, 6 neutrons et 6 électrons
• Relation fondamentale : A = Z + N
• Neutralité : Z = nombre d'électrons dans un atome neutre
• Isotope : Même Z, mais A peut varier
Charge du noyau : Déterminée par le nombre de protons (particules chargées positivement).
Z = 8, donc 8 protons dans le noyau
Chaque proton a une charge de +1,60 × 10⁻¹⁹ C
Charge du noyau = 8 × (+1,60 × 10⁻¹⁹) = +1,28 × 10⁻¹⁸ C
En unités de charge élémentaire : +8 charges positives
Cette charge positive est compensée par 8 électrons négatifs
La charge du noyau d'un atome d'oxygène est +8 (en unités de charge élémentaire)
• Charge noyau : Égale à Z × charge élémentaire positive
• Charge élémentaire : e = 1,60 × 10⁻¹⁹ C
• Neutralité : Atome neutre a Z protons et Z électrons
Masse des particules : Les nucléons (protons et neutrons) sont beaucoup plus massifs que les électrons.
Proton: 1,67 × 10⁻²⁷ kg, Neutron: 1,67 × 10⁻²⁷ kg, Électron: 9,11 × 10⁻³¹ kg
Un proton est environ 1836 fois plus lourd qu'un électron
Pour un atome de carbone (6 protons, 6 neutrons, 6 électrons):
Masse noyau ≈ 12 × 1,67 × 10⁻²⁷ = 2,00 × 10⁻²⁶ kg
Masse électrons ≈ 6 × 9,11 × 10⁻³¹ = 5,47 × 10⁻³⁰ kg
Les électrons représentent moins de 0,1% de la masse totale
Presque toute la masse de l'atome est concentrée dans le noyau
Le noyau contient plus de 99,9% de la masse de l'atome, les électrons contribuent très peu à la masse totale
• Masses relatives : mp ≈ mn ≈ 1836 × me
• Localisation de la masse : Pratiquement toute la masse est dans le noyau
• Volume vs masse : Les électrons occupent le volume mais pas la masse
Ion sodium (Na⁺) : Atome de sodium qui a perdu un électron, devenant positivement chargé.
Z = 11, donc 11 protons et 11 électrons dans l'atome neutre
Le sodium perd 1 électron pour devenir Na⁺
Na⁺ : 11 protons (inchangé), 10 électrons (11-1), nombre de neutrons inchangé
Charge = +11 - 10 = +1
L'ion Na⁺ a une configuration électronique stable (octet complet)
L'ion sodium Na⁺ a 11 protons, 10 électrons et une charge globale de +1
• Formation d'ions : Perte/gain d'électrons seulement
• Numéro atomique : Ne change jamais (détermine l'élément)
• Charge : Différence entre protons et électrons
Configuration électronique : Distribution des électrons dans les couches électroniques.
Z = 9, donc 9 électrons dans l'atome de fluor neutre
Première couche (K): max 2 électrons → 2 électrons
Deuxième couche (L): max 8 électrons → reste 7 électrons
(K)²(L)⁷
La couche L contient 7 électrons, presque complète (manque 1 pour octet)
Le fluor tend à gagner 1 électron pour atteindre la configuration stable
La configuration électronique du fluor est (K)²(L)⁷, avec 7 électrons sur la dernière couche
• Capacité des couches : K: 2, L: 8, M: 18 électrons max
• Règle de l'octet : Les atomes cherchent à avoir 8 électrons sur la dernière couche
• Réactivité : Dépend du nombre d'électrons de valence
Électrons de valence : Électrons de la couche externe qui participent aux liaisons chimiques.
Les électrons gravitent à l'extérieur du noyau dans des orbitales
Les électrons externes peuvent être partagés, transférés ou mis en commun
Les électrons de valence forment des liaisons covalentes ou ioniques
La configuration électronique détermine la réactivité, la valence et les propriétés chimiques
Les éléments sont classés par leur configuration électronique externe
Les électrons, particulièrement ceux de la couche externe, déterminent les propriétés chimiques des atomes
• Électrons de valence : Responsables des propriétés chimiques
• Liaisons : Formées par les électrons de la couche externe
• Réactivité : Dépend du remplissage de la couche de valence
Atome neutre : Atome dont la charge positive du noyau est exactement compensée par la charge négative des électrons.
Proton: +1,60 × 10⁻¹⁹ C, Électron: -1,60 × 10⁻¹⁹ C, Neutron: 0 C
Dans un atome neutre : nombre de protons = nombre d'électrons
Charge totale = (Z × +e) + (Z × -e) = +Ze - Ze = 0
Pour un atome de carbone (Z=6): +6e + (-6e) = 0
La charge du noyau (+6) est exactement compensée par celle des électrons (-6)
La charge totale d'un atome neutre est nulle (0 C)
• Neutralité : Atome neutre a une charge totale nulle
• Équilibre : +Z × e compensé par -Z × e
• Conservation : Les atomes restent neutres sauf formation d'ions
Stabilité nucléaire : Dépend du rapport entre le nombre de neutrons et de protons.
Force nucléaire forte (attractive) contre force électrostatique (répulsive)
Les neutrons agissent comme "colle" nucléaire, rapprochant les protons sans répulsion électrique
Pour les petits noyaux (Z ≤ 20): N ≈ Z, pour les gros noyaux: N > Z
Les noyaux stables se trouvent dans une zone définie par le diagramme (N,Z)
Les noyaux hors de cette zone sont radioactifs et se désintègrent
La stabilité du noyau dépend du rapport neutron/proton, avec un équilibre entre forces nucléaires et électrostatiques
• Force nucléaire : Attrayante, courte portée
• Force électrostatique : Répulsive entre protons
• Zone de stabilité : Rapport N/Z approprié pour chaque Z
Taille relative : Le noyau est extrêmement petit par rapport à la taille totale de l'atome.
Rayon du noyau: ~10⁻¹⁵ m, Rayon de l'atome: ~10⁻¹⁰ m
Le noyau est environ 100 000 fois plus petit que l'atome
Si le noyau était une tête d'épingle, l'atome aurait la taille d'un terrain de football
L'atome est principalement constitué de vide entre le noyau et les électrons
Cela explique pourquoi la matière semble continue alors qu'elle est majoritairement vide
Le noyau occupe une fraction infime du volume total de l'atome, l'atome est principalement constitué de vide
• Échelle : Noyau 10⁵ fois plus petit que l'atome
• Structure : Atome majoritairement vide
• Impression visuelle : La matière semble continue malgré la structure lacunaire
