L’atome

 

L’atome

1-structure d’un atome :

1.1-Constitution:

 l’atome est électriquement neutre. Il est constitué d’un noyau central entouré de vide dans lequel des électrons sont en mouvement.

1.2- Le noyau d’un atome :

Le noyau d’un atome est constitué de protons et deneutrons, appelés nucléons. Ilest caractérisé par deux nombre entiers Z et A.

Z : nombre de protons, appelé numéro atomique.

A : nombre de nucléons’protons + neutrons)

N=(A-Z) est le nombre de neutrons.

 

Particule	Masse(Kg)	Charge
électron(e)	9,109.10-31	-e
Proton(p)	1,673.10-27	e
Neutron(n)	1,675.10-27	0

Caractéristiques des particules constituant l’atome

La charge du proton est notée e,elle s’appelle charge élémentaire et a pour valeur: e=1,6.10^-19C.

la masse d’un électron est environ 2000 fois plus petite que celle d’un nucléon.

La charge du noyau est positive et a pour valeur : Q=Z.e

1.3- le électrons :

Les électrons constituent le cortège électronique de l’atome.Un atome contient autant de protons que d’électrons.

La charge globale des électrons est : Q’= -Z.e

1.4- Notation symbolique d’un atome (du noyau de l’atome)

Un atome de symbole chimique X, dont le noyau comporte A nucléons et Z protons, est noté :

Exemple :l’atome de Fe noté  ₂₆⁵⁶Fe   a un noyau qui contient 56 nucléons  dont 26 protons et

(56-26) neutrons.

1.4.Masse d’un atome :

La masse m d’un atome est égale à lamasse de ses constituants : m=m(Zélectrons)+m(Zprotons)+m(Nneutrons)=Z.m_e- + Z.m_p+(A-Z).m_n

La masse d’un électron est négligeable devant celle d’un nucléon,la masse d’un atome est très voisine de celle de son  noyau : m= Z.m_p+(A-Z).m_n

Comme m_p≈m_n=m_nucléon, alors  m= A.m_nucléon   (m_nucléon=1,67.10^-27Kg)

Exemple : la masse approchée d’un atome de fer de noyau  est égale à :

M()= 56.1,67.10^-27=9,35.10^-26Kg

1.5-Ordre de grandeur des dimensions dans l’atome :

Ø  Dimensios du noyau : On peut considérer que le noyau a une forme de boule. l’ordre de son rayon est de 10^-15m=1fm( femtomètre)=10^-3pm (picomètre).   1pm=10^-12m

Ø  Dimensions de l’atome : L’ordre de grandeur du rayon atomique(rayon de l’atome) est de 

10^-10m=100pm.(Structure lacunaire).

Ø  Comparaison : Le rayon du noyau est environ 10⁵ fois plus petit que celui de l’atome

3-l’élément chimique :

3.1-Les isotopes :

a- définition : Des atomes ayant le meme nombre atomique Z,mais de nombres de nucléons A différents sont des isotopes.

Les isotopes ont le meme nombre de protons mais des nombres de neutrons différents.

b- Exemples :

3.2- Les ions :

2.1- Définition d’un ion : Un ion monoatomique est formé lorsqu’un atome gagne , ou perd ,un ou plusieurs électrons.

Un anion a une charge négative.Un cation  une charge positive.

2.2- charge d’un ion : La charge d’un ion est indiquée en exposant et s’exprime en nombres de charges élémentaires e.

Lors de la formation d’un noyau,le nombre de protons et de neutrons reste inchangé.

Exemples :

§  Lorsqu’un atome de cuivre Cu perd 2 électrons, il devient un cation cuivre (II) de formule Cu²⁺ et porte une charge +2e.

§  Lorsqu’un atome de chlore Cl gagne un électron,il devient un anion chlorure Cl^- et porte une charge -e

Quelques ions les plus courants :

Anions	Clorure Cl-	Iodure  I-	Bromure Br-	Fluorure F-	Sulfure S2-	Oxyde O2-	Nitrure N3-
Cations	Sodium Na+	Potassium K+	Hydrogène H+	Cuivre(II) Cu2+	Fer(II) Fe2+	Fer(III) Fe3+	Aluminium Al3+

2.3- L’élément chimique

§  Un élément chimique est caractérisé par son numéro atomique Z

§  Chaque élément possède un nom et un symbole qui commence par une lettre majuscule(souvent première lettre du nom français ou latin)

§  Tous les atomes et les ions d’un meme élément ont des noyaux contenant le meme nombre de protons.

§  Tous les atomes et les ions d’un même élément ont des noyaux contenant

§  le même nombre de protons : 

ont le même numéro atomique Z = 29.

Symboles de quelques éléments usuels :

Nom de l’élément	Hydrogène	Carbone	Azote	Oxygène	Chlore	Cuivre
Symbole	H	C	N	O	Cl	Cu
Numéro atomique	1	6	7	8	17	29

3-Répartition des électrons d’un atome isolé

3.1-- Les couches électroniques

Les électrons d’un atome ou d’un ion se répartissent en couches électroniques. Ces couches sont désignées par des lettres :couche K, couche L, couche M…

2.2- Nombre d’électrons par couche :

On se limite aux trois premières couches K,L et M.

Chaque couche ne peut contenir qu’un nombre défini d’électrons

Couche	K	L	M
Nombre maximal d’élelctrons	2	8	16

 

Une couche est dite saturée ou remplie si elle contient son nombre maximal d’électrons.

3.2- structure électronique ( ou formule électronique)

§  Donner la structure ou la formule électronique d’un atome,c’est indiquer le nombre d’électrons sur chaque couche.

§  Les électrons se placent d’abord sur la couche K .Lorsque cele-ci est saturée, les électrons restants occupent la couche L,puis si nécessaire, la coucheM.

§  La couche externe est la dernière couche électronique occupée.

 

Exemples :

Atome	Z	Electrons	Formule électronique
C	6	6	(K)2(L)4
O	8	8	(K)2(L)6
Na	11	11	(K)2(L)8(M)1
Al	13	13	(K)2(L)4(M)3
Si	14	14	(K)2(L)4(M)4

                             Formule électronique de quelques atomes

3.3-Régle de stabilité des éléments chimiques

a-les gaz nobles :

§  Stabilité :les gaz nobles sont les éléments chimques les plus stables.Ils ne participent que rarement à des réactions chimiques.On dit qu’ils sont chimiquement inertes ou stables.Ils exitent naturellement sous forme d’atomes isolés et on ne les rencontres ni sous forme d’ions ni dans des molécules(sauf rares exceptions).

Famille des gaz nobles : Hélium : He(Z=2) ;  Néon :Ne(Z=10) ;   Argon :Ar(Z=18) ;   Krypton :kr(Z=36) ;   Xénon :Xe (Z=54)

§  Structure électronique :   Structure électronique de trois premiers gaz nobles (Z ≤ 18)

Gaz noble	He	Ne	Ar
Structure électronique	(K)2	(K)2(L)8	(K)2(L)8(M)8

 

L’hélium pssède 2 électrons sur sa couche périphérique.Le néon et l’argon possède chacun 8 électrons sur leur couche périphérique.

b-Régles du « duet » et de l’octet

Régle du duet : Les éléments de numéro atomique Z proche de celui de l’hélium(Z=2) adoptent sa structure électronique (K)²

Régle de l’octet :les autres éléments avec Z≤18 adoptent la stucture électronique du néon (K)²(L)⁸ ou de l’argon(K)²(L)⁸(M)⁸ .Ils portent 8 électrons (un octet)sur leur couche externe.

c-Application aux ions monoatomiques

L’application des régles du duet et de l’octet aux éléments dont Z≤18 permet de de prévoir avec certitude la charge des ions monoatomiques qui peuvent se former.

Exemple : 

Elément	Lithium(Li, Z=3)	Fluor(F, Z=9)	Magnésium(Mg, Z=12)
Ion formé	Li+	F-	Mg2+
Gaz rare le plus proche	Hélium :(K)2	Néon : (K)2(L)8	Argon : (K)2(L)8(M)8
Régle appliquée	duet	octet	octet

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Evolution des modèles atomiques

 

Modèles de l’atome : Evolution des modèles atomiques

Le modèle de l’atome a évolué au fil du temps.Citons les grandes étapes(6) de l’évolution du modèle de l’atome 

§  Dès 400 ans avant JC :

Ø  Le philosophe grec Démocrite (460-370 avant J.-C.)a l’intuition que la matière est constituée de petits « grains » indivisibles qi’il appelle atomes..Il imaine que ces atyomes sont éternels pleins et immuables.Ils ont une infinité de formes et leur assemblage donne le diversité des matières qui nous entoure.

Ø  Le philosophe grec Aristote(384-322 avant J.-C.) conteste l’existence des atomes.Selon lui,la matière est constituée de quatre « éléments » :le feu, l’air, la terre et l’eau. Son prestige est tel que l’intuition de démocrite est abondonnée.

§  En 1805, l’Anglais John DALTON (1766-1844)  reprend l’hypothèse atomique de DÉMOCRITE. Il considère que  l’atome est une sphère pleine de matière. Ce modèle  permet d’expliquer
les réactions chimiques en assemblant  des atomes selon des proportions simples.

§  En 1897,le physicien anglais John Joseph THOMSON (1856- 1940)  découvre l’électron .c’est une Particule chargée négativement qui constitue l’atome. En 1904, il propose un modèle dans lequel l’atome est constitué d’une sphère chargée positivement parsemée d’électrons en mouvement. L’ensemble est électriquement neutre.

§  En 1911, le physicien anglais Ernest RUTHERFORD (1871-1937) met en évidence l'existence d'un noyau atomique dans lequel sont réunies toute la charge positive et presque toute la masse de l'atome. Dans son modèle l’atome est constitué d’un noyau chargé positivement autour duquel les électrons(chargés négativement) sont en mouvement .Ces électrons dans les atomes occupent des orbites circulaires autour du noyau, de façon semblable aux planètes qui tournent autour du soleil

§  En 1913, le physicien danois Niels Bohr(1885 – 1962) corrige le modèle planétaire proposé par Rutherford.Il élabora un modèle quantique de l’atome d’hydrogène. D'après ce modèle, l'électron de l'atome d'hydrogène ne gravite autour du noyau que selon des orbites circulaires particulières, nommées couches électroniques.

§  En 1926, le physicien autrichien Erwin Schrödinger(1887-1961) propose le  modèle de la mécanique quantique de l’atome. Dans ce nouveau modèle les électrons n’ont pas d’orbite définie, ne sont pas localisés, ils sont modélisés par un nuage électronique

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