L’architecture de la matière Chapitre 1: L’ATOME

1 – Les constituants de l’atome L'atome est un édifice électriquement neutre de très petites dimensions. Ordre de grandeur: masse de l'atome: m ≈ 10 -26 kg. rayon de l'atome: ra ≈ 100 pm L’atome est constitué d’un noyau et d’électron(s) gravitant autour du noyau ATS Génie Civil

Courant électrique = déplacement d’électrons 1.1 – Les électrons a – Mise en évidence: fin du XIXème siècle Expériences de Crookes et Perrin Tube en verre Gaz sous faible pression  Molécules de gaz subissant le choc avec l’électron  e- e- C A v - e- + Courant électrique = déplacement d’électrons  Energie du choc => émission de lumière I U Source de tension ATS Génie Civil

1.1 – Les électrons Mesure du rapport e/m – Expérience de Thomson   b – Caractéristiques de l’électron Mesure du rapport e/m – Expérience de Thomson   y y + + + + + + + + + + + + + + + + ++ + U U ys d FE d FE e- ys=0 e- x x e- e- FB B: champ magnétique - - - - -- -- -- - - -- ---- -- - - - -- -- -- - - --- ----- - L L FE  U => Champ électrique E=U/d entre les armatures du condensateur => Force électrique FE qui dévie les électrons => déviation de ys sur une longueur L FB  Champ magnétique B => Force magnétique FB qui compense la force électrique FE soit FE= FB  => De cette égalité, on en déduit e/m=1,7588 1011C/kg ATS Génie Civil

1.1 – Les électrons Mesure de e – Expérience de Millikan 1909 b – Caractéristiques de l’électron Mesure de e – Expérience de Millikan 1909 Il s’agit d’étudier le mouvement de gouttelettes d’huile entre les armatures d’un condensateur plan horizontal expérience vu en TP au 2nd semètre Charge électrique des gouttelettes d’huile = multiple d’une constante e. (notion de quantification) Charge d’une gouttelette Q= - Z.e avec Z entier Charge électrique de l’Électron q= – e : charge élémentaire e e = |q| =1,602 10 -19 C/kg De e/m et e, on en déduit: m = 0,9110 10 -30 kg ATS Génie Civil

1.2 – Le noyau A – Mise en évidence et dimensions Source radioactive émettant les particules α Vide Vue de face de l’écran Scintillation crée par une particule α ayant subit une déviation Scintillations crées par les particules α non déviées Faisceau de particules α ZOOM Fine feuille d’or (1μm) Seules quelques particules sont déviées : celles qui sont passées suffisamment près d’un noyau. ATS Génie Civil

1.2 – Le noyau a – Mise en évidence et dimensions Cette expérience montre : La structure lacunaire de la matière Principalement constituée de vide Elle permet d’atteindre les dimensions du noyau Rnoyau =10 -5 ratome ≈ 10 -6 nm ATS Génie Civil

masse m=1,6726 10-27 kg charge q=1,6 10-19 C 1.2 – Le noyau b – Les constituants du noyau: les nucléons Il existe 2 types de nucléons: Le proton: masse m=1,6726 10-27 kg charge q=1,6 10-19 C Le neutron: masse m=1,6749 10-27 kg charge q=0 C ATS Génie Civil

Z: nombre de charge ou numéro atomique 1.2 – Le noyau c – Structure du noyau (les nucléons)  Le noyau contient A nucléons A: nombre de masse A = Z + N  Dont Z protons Z: nombre de charge ou numéro atomique  Dont N neutrons Notation: X symbole de l’élément chimique Le noyau est noté : X => L’atome est électriquement neutre, il comporte autant d’électrons que de protons, soit Z électrons A Z ATS Génie Civil

1.2 – Le noyau c – Structure du noyau (les nucléons) Deux noyaux ayant même nombre de protons sont appelés isotopes D’où - même valeur de A avec des A différents - même symbole ex: 12H 13H - propriétés chimiques quasi-identiques puisque leur nombre d’électrons est le même ATS Génie Civil

2 – Unité adaptée à la description de la matière à l’échelle macroscopique c – Structure du noyau ATS Génie Civil