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L atome. Le modèle de latome de Bohr-Rutherford Définition de latome : Latome est la plus petite partie de la matière qui ne peut pas être divisée par.

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1 L atome

2 Le modèle de latome de Bohr-Rutherford Définition de latome : Latome est la plus petite partie de la matière qui ne peut pas être divisée par transformation chimique, physique ou électrique. Plusieurs scientifiques ont travaillé à lélaboration du modèle atomique ; John Dalton, Joseph John Thomson, Ernest Rutherford, Neils Bohr, James Chadwick, … Daprès Bohr-Rutherford, latome est formé dun noyau autour duquel gravitent (tournent) des électrons. Les électrons tournent autour du noyau très rapidement de façon désordonnée. Les électrons constituent un nuage électronique autour du noyau. Le noyau de latome est formé de particules appelées nucléons, qui sont : les protons et les neutrons.

3 Caractéristiques des particules de latome Lélectron ( e - ) (J. J. Thomson en 1897) Lélectron (symbole e - ) (J. J. Thomson en 1897) Lélectron porte une charge électrique négative, représentée par - e = – 1,6x C (C = coulomb). Lélectron porte une charge électrique négative, représentée par - e = – 1,6x C (C = coulomb). La masse de lélectron est trop petite. m e- = 9,1 x kg. La masse de lélectron est trop petite. m e- = 9,1 x kg. Le proton ( p + ) (Rutherford en 1913) Le proton (symbole p + ) (Rutherford en 1913) Le proton porte une charge électrique positive, qui est égale à celle de lélectron en valeur absolue. Sa charge est +e = + 1,6x C. Le proton porte une charge électrique positive, qui est égale à celle de lélectron en valeur absolue. Sa charge est +e = + 1,6x C. Sa masse est 1836 fois plus grande que celle de lélectron. m p+ = 1,67x kg Sa masse est 1836 fois plus grande que celle de lélectron. m p+ = 1,67x kg

4 Le neutron ( n) (Chadwick en 1932) Le neutron (symbole n) (Chadwick en 1932) Le neutron ne porte pas de charge électrique. Il est neutre. Le neutron ne porte pas de charge électrique. Il est neutre. Sa masse est 1836 fois plus grande que celle de lélectron. Elle est presque égale à celle du proton. m n = m p+ = 1,67x kg Sa masse est 1836 fois plus grande que celle de lélectron. Elle est presque égale à celle du proton. m n = m p+ = 1,67x kg Note : Note : la charge électrique e = 1,6x C est appelée charge élémentaire. la charge électrique e = 1,6x C est appelée charge élémentaire. 99,9 % de la masse de latome se trouve au noyau. 99,9 % de la masse de latome se trouve au noyau. Le proton et le neutron sont formés de très petites particules appelées « quarks ». Le proton et le neutron sont formés de très petites particules appelées « quarks ». Le proton, le neutron et lélectron sont des particules subatomiques. Le proton, le neutron et lélectron sont des particules subatomiques. Caractéristiques des particules de latome

5 Les quarks sur YouTube Le vidéoclip suivant vous montre une simulation dun proton et dun neutron. Un proton est formé de 3 quarks : 2 up et 1 down (2u et 1d). Un neutron est formé de 3 quarks : 1 up et 1 down (1u et 2d). Cliquer sur ladresse et observer.

6 Une figure vaut mille mots! La figure nest pas à léchelle. La figure montre un atome, son noyau, un proton/un neutron et un électron.

7 Les dimensions de latome La figure montre que : Lélectron est 1000 fois plus petit que le proton ou le neutron, fois que le noyau et fois que latome!

8 Les couches électroniques Daprès Bohr (scientifique danois ), les électrons se placent dans latome selon des niveaux dénergie quon appelle couches électroniques. À partir du noyau, les couches sont désignées par les lettres K, L, M, N, … Chaque couche a un numéro n. Ce numéro sappelle nombre quantique Principal. – Pour la couche K, n = 1 (la première couche) – Pour la couche L, n = 2 (la deuxième couche) – Pour la couche M, n = 3 (la troisième couche) …

9 Le remplissage des couches La couche K contient au maximum 2 e - La couche L contient au maximum 8 e - La couche M contient au maximum 18 e - La couche N contient au maximum 32 e - Ce nombre maximum délectrons par couche est donné par la formule (2n 2 ), n est le numéro de la couche. Cette formule ne sapplique pas sur les couches O, P et Q.

10 Le numéro atomique Z On appelle nombre atomique ou numéro atomique Z, le nombre de protons du noyau. La nature et les propriétés chimiques d'un atome sont liées au nombre de protons de son noyau, qui est son numéro atomique Z. Latome est neutre. Donc, le nombre délectrons est égal à celui de protons Z. Z = 6 pour lélément carbone. Un atome de carbone contient 6 protons, donc 6 électrons.

11 Le nombre de masse A On appelle nombre de masse A, dun atome, le nombre de protons et de neutrons (de nucléons) contenus dans son noyau. Si lon désigne par N le nombre de neutrons, on voit que A = Z + N Les électrons de la couche périphérique sont appelés « électrons de valence ».

12 Exemple 1 Le numéro atomique dun atome de sodium est Z = 11 et son nombre de masse A = Détermine le nombre de proton, le nombre délectrons et le nombre de neutrons de cet atome. 2.Combien de couches électroniques y a-t-il dans cet atome? Explique la réponse. 3.Dessine cet atome. 4.Écris sa configuartion électronique.

13 Exemple 1 (solution), suite 1.Le nombre de protons est Z = 11. -Latome est neutre, donc le nombre délectrons = le nombre de protons = 11. -Le nombre de neutrons N = A – Z = = 12 Dans cet atome, il y a : -11 protons -11 électrons -12 neutrons

14 Exemple 1 (solution), suite 2.Pour déterminer le nombre de couches électroniques, on prend le nombre délectrons 11. -On remplit les couches de lintérieur vers lextérieur. - il y a 2 e - sur la première couche K - il y a 8 e - sur la deuxième couche L - il reste 1 e - sur la troisième couche M

15 Exemple 1 (solution), suite 3.Le schéma de latome de sodium : On voit que cet atome contient un seul électron périphérique qui est lélectron de valence. La couche de valence contient 1 seul électron.

16 Exemple 1 (solution), suite 4.Comment écrire la configuration électronique simple dun atome? - On écrit le symbole de latome suivi de deux points, puis des couches K, L et M en ordre. -On met chaque couche entre deux parenthèses et le nombre délectrons en exposant. Na : (K) 2 (L) 8 (M) 1 Note : Le symbole Na du sodium vient de son nom latin natrium.

17 Exemple 2 (à votre tour) Le nombre de masse de latome de chlore est A = Combien délectrons, de protons et de neutrons y a-t-il dans cet atome? 2.Quel est son numéro atomique Z? 3.Écris sa configuration électronique simple.

18 Exemple 2 (réponses) 1.Le nombre délectrons = 17 (voir les points sur les couches), donc le nombre de protons = 17 (dans un atome neutre, ces deux nombres sont égaux). Le nombre de neutrons N = = Le numéro atomique Z = le nombre de protons = 17 3.Sa configuration électronique Cl : (K) 2 (L) 8 (M) 7

19 Les sous-couches électroniques Chaque couche électronique K, L, M, N … est formée dorbitales appelées sous-couches. Le nombre de sous-couches dans une couche est égal à son nombre quatique n. La couche K (n = 1) a une seule sous-couche représentée par la lette s. La couche L (n = 2) a deux sous-couches représentées par s et p. La couche M (n = 3) a trois sous-couches représentées par s, p et d. La couche N (n = 4) a quatre sous-couches représentées par s, p, d et f. Note : s = sharpp = principald = diffusef = fundamental Note : pour les atomes trop lourds, il existe une 5e sous-couche appelée g quon ne voit pas en 10e année.

20 La saturation des sous-couches La sous-couche s peut contenir au maximum 2e -. La sous-couche p peut contenir au maximum 6e -. La sous-couche d peut contenir au maximum 10e -. La sous-couche f peut contenir au maximum 14e -. Note : – Chacune des couches K, L, M et N a la sous-couche s. – Chacune des couches L, M et N a la sous-couche p. – Chacune des couches M et N a la sous-couche d. – La couche N a la sous-couche f.

21 Résumé CoucheNombre max. délectrons Nombre de sous-couches Sous-coucheNombre max. délectrons K (n = 1)2e - 1s L (n = 2)8e - 2spsp 2e - 6e - M (n = 3)18e - 3spdspd 2e - 6e - 10e - N (n = 4)32e - 4spdfspdf 2e - 6e - 10e - 14e -

22 La configuration électronique et les sous- couches La configuration électronique simple de latome de sodium est Na : (K) 2 (L) 8 (M) 1 Pour écrire la configuration électronique du sodium avec les sous-couches : On remplace la couche par ses sous-couches. On place le numéro de la couche en avant de la lettre qui représente la sous-couche. On met le nombre délectrons en exposant. Na : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1

23 Les deux configurations Latome de sodium Z = 11 n123 Na(K) 2 (L) 8 (M) 1 Na1s 2 2s 2 2p 6 3s 1

24 Latome de chlore Z = 17 n123 Cl(K) 2 (L) 8 (M) 7 Cl1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

25 Latome dargon Z = 18 Largon est un gaz rare (on dit aussi gaz noble ou gaz inerte). La couche périphérique M de son atome contient 8 électrons et sa sous-couche 3d est vide. n123 Ar(K) 2 (L) 8 (M) 8 Ar1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6

26 Latome de calcium Son symbole est Ca. Latome a 4 couches K, L, M et N. Sur les couches, il y a 20 électrons. Son numéro atomique Z = 20 Son nombre de masse A = électrons, 20 protons et 20 neutrons Remarquer comment les 20 électrons sont répartis sur les couches K, L, M et N. La sous-couche 4s se remplit avant la sous-couche 3d.

27 Latome de calcium (Z = 20) n1234 Ca(K) 2 (L) 8 (M) 8 (N) 2 Ca 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

28 La représentation dun atome On représente le noyau un atome (appelé nucléide ou nuclide)par son symbole X devant lequel on met : – Le numéro atomique Z en indice – Le nombre de masse A en exposant – Exemple : Le nuclide de lhélium


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