Le modèle de l ’atome

I. Qui a eu l’idée de l’atome? 1- Les grecs (v° siècle avant J.-C.) Pour moitié les savants de la Grèce antique pensaient que la matière résultait de la combinaison de quatre éléments: eau, air, terre, feu. Démocrite pensait que la matière était composée de minuscules et invisibles particules: Les atomes (atomos: qu’on ne peut diviser). Les atomos Sa théorie n ’était basée que sur des hypothèses. Rien n ’avait été prouvé.

Rien n’est encore prouvé par l ’expérience. 2- Dalton (1766 - 1844). Dalton (scientifique anglais) savait que la masse se conservait au cours d ’une réaction chimique et pour expliquer ce fait il émet les hypothèses suivantes: la matière est constituée d ’atomes identiques. Les éléments chimiques se différencient par des atomes de masse différentes. Rien n’est encore prouvé par l ’expérience.

Enfin les observations vérifient les hypothèses. 3- Les expériences de Thomson et de Rutherford. En 1902 Thomson montre la présence de particules chargées négativement dans l ’atome qu’il appelle électrons. En 1911 Rutherford démontre que l ’atome contient: un noyau au centre. des électrons qui gravitent autour du noyau. du vide entre les électrons et le noyau. Enfin les observations vérifient les hypothèses.

Description de l'expérience de Rutherford. Leur surprise fut de constater que certaines particules  (une sur 20 à 30000) subissent de grandes déviations (supérieures à 90 degrés) et sont donc renvoyées vers l’arrière. Rutherford en déduisit (mais cela lui prit 2 ans de réflexion), que l’atome est constitué d’un noyau très petit par rapport à la taille de l’atome et qui concentre l’essentiel de la masse et toutes les charges positives, et d’un cortège électronique dont le volume est celui de l’atome. En 1909, Marsden, Geiger et Rutherford entreprirent d’utiliser des particules  (noyaux d’hélium), produites lors de la désintégration de noyaux radioactifs de radium, pour explorer la structure de l’atome. Ils bombardèrent pour cela une feuille d’or d’environ 0,6 m, placée dans une enceinte à vide, par un faisceau de particules  focalisées par deux diaphragmes D1 et D2. Ils constatèrent que la grande majorité des particules traversent la feuille d’or sans être déviées. En effet, la tache observée sur l’écran fluorescent garde la même intensité avec ou sans feuille d’or interposée. Quelques particules sont légèrement déviées, comme en témoignent les impacts fluorescents sur l’écran.

II. Modèle de l ’atome pour la classe de seconde. Une représentation simplifiée est appelée modèle. Modèle de l ’atome: un noyau central (10-15 m soit 100 000 fois plus petit que l ’atome) des électrons répartis en couches autour du noyau(10-10 m) du vide. (la structure de la matière est essentiellement lacunaire)

III. Le noyau 1- Constitution. Le noyau est constitué de protons particules qui sont électriquement chargées positivement, dont la charge est q = 1,6.10-19 C de neutrons Particules électriquement neutres. Ces particules sont appelées des nucléons.

Le nombre de neutrons N dans un noyau vaut donc: 2 - Symbole du noyau. Le nombre de charge ou numéro atomique Z d ’un atome est le nombre de protons qu’il contient. Le nombre de nucléons d ’un noyau est représenté par la lettre A qui correspond au nombre de protons plus le nombre de neutrons du noyau Le nombre de neutrons N dans un noyau vaut donc: N = A - Z

Le noyau d ’un atome de symbole chimique X est représenté par Z

exercice 1 Compléter le tableau

Cu Cu Même Z 65 63 29 29 3- Les isotopes Dans un échantillon de cuivre, tous les atomes de cuivre ne sont pas identiques. Ils ont tous le même nombre de protons, mais certains atomes ont 63 nucléons et d ’autres 65. Ces atomes sont dit isotopes. On appelle isotope des atomes qui ont le même numéro atomique Z, mais des nombres de nucléons A différents. 65 Cu 63 Cu 29 29 Même Z

Exercice Le numéro atomique du fer est Z = 26 et son nombre de neutrons varie de 28 à 30 . Ecrire sous la forme AZX tous les représentants de cet élément.

Exercice: Exercice 3 35 Cl 17 L'isotope le plus abondant du chlore s'écrit . L'autre isotope a un nombre de neutrons égal à 20. Ecrire le symbole de cet isotope et donner la structure d'un de ses noyaux.

Un élément chimique est caractérisé par son numéro atomique Z 4- Définition de l’élément chimique On donne le nom d’élément chimique à l ’ensemble des entités chimiques (atomes, isotopes, ions) ayant le même numéro atomique Z Un élément chimique est caractérisé par son numéro atomique Z

Exercice n°4 Parmi la liste suivante, regrouper les entités chimiques appartenant au même élément chimique. Trouver les symboles à la place des points d ’interrogation en vous aidant de la classification périodique située à la dernière page de votre manuel ? ? ? ? ? ? 129 54 124 52 124 50 123 52 124 54 115 50

q (charge d ’un électron) = - e IV- Les électrons 1- Qu’est ce qu’un électron? L ’électron est une particule chargée d ’électricité négative. Sa masse est extrêmement petite: me- = 9,1.10-31 kg Sa charge électrique est la plus petite charge possible qu’une particule peut posséder. On parle de la charge élémentaire notée e = 1,6.10-19 C (C pour coulomb: unité de la charge électrique). q (charge d ’un électron) = - e

12 197 63 27 6 C 79 Au 29 Cu 13 Al 2- Nombre d ’électrons. Un atome est électriquement neutre. Donc le nombre de protons est égal au nombre d ’électrons Exercice Donnez le nombre d ’électrons présents dans chacun des atomes suivants. 12 197 63 27 6 C 79 Au 29 Cu 13 Al

3 - Répartition en couches. Les électrons se répartissent autour du noyau sur plusieurs couches. Du centre vers l'extérieur en suivant la règle suivante: La couche K: 2 électrons au maximum. La couche L: 8 électrons au maximum. La couche M: 18 électrons au maximum.

Mg : 12 électrons 24 12 Plaçons d'abord 2 électrons exemple: Répartissons ensemble les électrons d ’un atome de magnésium 12Mg 24 12 Mg : 12 électrons Plaçons d'abord 2 électrons sur la couche K celle qui est la plus près du noyau.

Mg : (K)2 24 12 Reste 10 électrons à placer. Remplissons la couche L de 8 électrons.

Mg : (K)2 (L)8 24 12 Reste 2 électrons à placer. La couche M peut contenir 18 électrons mais il n'en reste que 2 à placer.

Structure électronique d ’un atome de magnésium 24 Mg : (K)2 (L)8 (M)2 La couche interne est toujours la couche K La couche externe est la dernière couche remplie 12

40 11 de l ’argon: 18Ar du bore: 5B Exercice n°6: Exercice: Donner la structure électronique : 40 de l ’argon: 18Ar 11 du bore: 5B Exercice n°6:

V. Les masses dans l’atome. 1- Calcul de la masse du noyau. Dans un noyau, on considérera que la masse d’un proton est égale à la masse d’un neutron : mnucléon = 1,7.10 -27 kg Exercice: Calculer la masse d ’un noyau de mercure 202 80Hg

202 me = 9,1.10-31 kg 80Hg 2- Calcul de la masse des électrons. La masse de chaque électron vaut me = 9,1.10-31 kg Exercice Calculer la masse des électrons présents dans un atome de mercure 202 80Hg

Dans un atome, l ’essentiel de la masse est concentré dans le noyau. 3- Calcul de la masse d ’un atome. A quoi est égale la masse d ’un atome de mercure? Conclusion: Dans un atome, l ’essentiel de la masse est concentré dans le noyau.