LATOME

Un atome est formé dun noyau très petit autour duquel des électrons (de charge négative) se déplacent à grande distance. Il est donc essentiellement constitué de vide : latome a une structure lacunaire. On le représente de la façon suivante :

I – Le noyau atomique : 1) Composition du noyau : Le noyau de latome est constitué de deux types de particules : les protons et les neutrons. Les protons et les neutrons sont appelés les nucléons. Certaines propriétés de ces particules sont regroupées dans le tableau ci-dessous :

m n 1, kg q = 0 CNeutron m p 1, kg q = +1,6× CProton Masse (en kg) Charge (notée q) en coulomb (noté C) Nom

2) Les nombres A et Z : Il convient de représenter le noyau dun atome par le symbole : A Z X où X représente le symbole de lélément chimique.

Z est le nombre de protons du noyau. Z est appelé le nombre de charge ou numéro atomique. A est le nombre de nucléons (neutrons + protons) présents dans ce noyau. Donc le nombre de neutrons N est : N = A - Z

Exemple : Calculer le nombre de protons et de neutrons des atomes suivants : Le carbone : 12 6 C. Le fer : Fe. Lhydrogène : 1 1 H

Réponse : Le carbone : 12 6 C : A = 12 nucléons; Z = 6 protons et N = A - Z = 12-6 = 6 neutrons. Le fer : Fe : 56 nucléons dont : 26 protons et 30 neutrons. Lhydrogène : 1 1 H : 1 nucléon dont : 1 proton et 0 neutron.

3) Les isotopes : On peut trouver sur Terre 3 types datomes de carbone : Le carbone : 12 6 C. Le carbone : 13 6 C. Le carbone : 14 6 C. Quelle est leur nombre de proton et de neutron ?

Le carbone : 12 6 C : 6 protons et 6 neutrons. Le carbone : 13 6 C : 6 protons et 7 neutrons. Le carbone : 14 6 C : 6 protons et 8 neutrons. Conclusion ?

Les atomes isotopes dun élément sont les ensembles datomes caractérisés par le même numéro atomique Z et des nombres de nucléons A différents (donc ils ont le même nombre de protons mais un nombre différents de neutrons). Ils sont représentés par le même symbole chimique.

II – Les électrons : Le nombre Z représente aussi le nombre délectrons de latome. La charge dun électron est : q e = -1,6× C La masse dun électron est : m e = 9,1× kg

III - Propriété de latome : 1) Donner la composition (cest-à-dire : le nombre de protons, neutrons et électrons) de latome de carbone 12 6 C. 2) Calculer la charge du noyau de carbone 12 6 C. 3) Calculer la charge du nuage électronique du carbone 12 6 C. 4) Calculer la charge totale de latome.

Réponses : 1) Latome de carbone possède 6 protons, 6 neutrons et 6 électrons. 2) Le noyau contient les protons et les neutrons. Les neutrons ont une charge nulle q n = 0 C et les protons ont une charge : q p = +1,6× C. La charge du noyau est : Q noyau = 6×0 + 6× 1,6× = 9,6× C.

3) Le nuage électronique est constitué des électrons. Chaque électron a une charge : q e = -1,6× C. La charge du nuage électronique est : Q nuage = 6 × (-1,6× ) = - 9,6× C. 4) La charge totale de latome est : Q = Q noyau + Q nuage = 9,6× (- 9,6× ) = 0 C.

Latome est donc électriquement neutre. On parle délectroneutralité (ou neutralité électronique) de latome.

IV – Les ions : Les atomes peuvent perdre ou gagner un ou plusieurs électrons. On parle alors dions (et non plus datome).

Si un atome a perdu un ou plusieurs électrons (donc des particules négatives), on obtient un ion positif aussi appelé cation. Exemple : latome de sodium (symbole Na) peut perdre un électron pour former lion sodium. Donc cet ion a une charge positive en excès. On notera lion sodium : Na +

Si un atome a gagné un ou plusieurs électrons (donc des particules négatives), on obtient un ion négatif aussi appelé anion. Exemple : latome de chlore (symbole Cl) peut gagner un électron pour former lion chlorure. Donc cet ion a une charge négative en excès. On notera lion chlorure : Cl -

Remarque : Le nombre de protons et de neutrons est inchangé lorsquun atome se transforme en ion donc le noyau de latome nest pas modifié.

Exemple : Donner la composition des atomes ou ions suivants : Atome doxygène : 16 8 O. Ion oxygène 16 8 O 2- Atome daluminium : Al. Ion aluminium : Al 3+

Atome doxygène : 16 8 O : Z=8 protons et 8 électrons, 16-8 = 8 neutrons. Ion oxygène 16 8 O 2- : Z=8 protons, 16-8 = 8 neutrons. Latome doxygène a 8 électrons, en se transformant en ion, il a gagné 2 électrons (car sa charge est 2- donc il a gagné 2 charges négatives) donc il possède 8+2 = 10 électrons. Réponses :

Atome daluminium : Al : Z=13 protons et 13 électrons, = 14 neutrons. Ion aluminium : Al 3+ : 13 protons et 14 neutrons car latome et lion ont le même noyau. Latome daluminium a 13 électrons, en se transformant en ion, il a perdu 3 électrons (car sa charge est 3+ donc il a perdu 3 charges négatives) donc il possède 13-3 = 10 électrons.

Exercices : Soit l'ion fer II que l'on note : Fe 2+. 1) Donner le nombre de protons, de neutrons et d'électrons de cet ion. 2) Calculer la charge en Coulomb de cet ion.

Réponse : Z = 26 donc 26 protons, A-Z = = 30 neutrons, L'atome de fer possède 26 électrons car Z = 26 mais en devenant un ion Fe 2+, il a perdu 2 électrons donc il possède 26-2 = 24 électrons. 2) Charge de l'ion : Q ion = Q noyau +Q nuage = 26×(+1, ) + 24 × (-1, ) = +3, C.

V – Masse dun atome : Un atome est constitué de Z protons, (A-Z) neutrons et Z électrons. Notons : m p : la masse dun proton, m n = la masse dun neutron et m e = la masse dun électron. La masse dun atome est donc égale à : m = Z × m p + (A - Z) × m n + Z × m e

Exercice : calculer la masse dun atome de carbone 12 6 C. 2) Calculer la masse du noyau dun atome de carbone 12 6 C.

1) Latome de carbone possède 6 protons, 6 neutrons et 6 électrons. Donc : m = Z × m p + (A - Z) × m n + Z × m e = 6 × 1,67 × × 1,67 × × 9,1 × = 2,00 × kg. La masse de latome de carbone 12 6 C est : m atome = 2,00 × kg

2) Le noyau possède 6 protons et 6 neutrons. Donc : m noyau = Z × m p + (A - Z) × m n = 6 × 1,67 × × 1,67 × = 2,00 × kg. La masse du noyau de carbone 12 6 C est : m noyau = 2,00 × kg Conclusion ?

La masse de latome est alors pratiquement égale à celle de son noyau. On peut aussi dire que la masse de latome est concentrée dans son noyau. On peut donc calculer la masse d'un atome en appliquant la formule :m = A × m p = A × m n car m n =m p. C'est pour cela que l'on appelle A : le nombre de masse,

Exercice : La charge électrique portée par un ion est +4, C. La masse de son noyau est 4, kg. Donner sa composition, son écriture symbolique, sachant que son noyau contient 14 neutrons.

Réponse : La masse du noyau est donnée par : m = A×m n donc : A = m/m n =4,5× / 1,67× = 27 nucléons. La charge de l'ion est égale à : +4, C. Donc c'est un ion positif car sa charge est positive. Il a perdu : 4, /1, = 3 électrons. Cet atome possède 27 nucléons dont 14 neutrons et = 13 protons, il possède 13-3 = 10 électrons. D'après la classification périodique, c'est l'ion aluminium (car Z = 13). La représentation de l'ion aluminium est : Al 3+

Quelques exercices sur internet : poitiers.fr/voir.asp?p=sc_phys/tournier/seco ndes/chimie/ANZ/anz.htmhttp://ww3.ac- poitiers.fr/voir.asp?p=sc_phys/tournier/seco ndes/chimie/ANZ/anz.htm poitiers.fr/voir.asp?p=sc_phys/tournier/seco ndes/chimie/atome/atome.htmhttp://ww3.ac- poitiers.fr/voir.asp?p=sc_phys/tournier/seco ndes/chimie/atome/atome.htm