Constitution de la Matière à l'Échelle Microscopique
Cours · chimie (seconde), chapitre 2 · seconde générale, physique-chimie · le début du chapitre, la suite sur Adloun
Ce chapitre étudie les briques élémentaires de l'Univers. Nous allons explorer la structure de l'atome, la formation des ions et des molécules, la configuration électronique des éléments et l'organisation du tableau périodique.
2.1 Structure de l'Atome
Toute la matière qui nous entoure (l'air, l'eau, les roches, les êtres vivants) est constituée d'atomes. Un atome est composé d'un noyau central et d'électrons en mouvement rapide autour de lui, formant un nuage électronique.
- Le Noyau : Il est situé au centre de l'atome et concentre presque toute sa masse. Il est composé de particules appelées nucléons :
- Les protons : particules chargées positivement, de charge électrique .
- Les neutrons : particules neutres, de charge électrique nulle.
- Les Électrons : Ce sont des particules chargées négativement, de charge électrique , en mouvement autour du noyau.
Le noyau d'un atome de symbole chimique est représenté par la notation :
- est le numéro atomique (ou nombre de charge) : il correspond au nombre de protons présents dans le noyau.
- est le nombre de nucléons (ou nombre de masse) : il correspond au nombre total de protons et de neutrons.
- Le nombre de neutrons, noté , se déduit par la relation : .
L'atome est électriquement neutre. La charge électrique positive de son noyau est exactement compensée par la charge électrique négative de son nuage électronique. L'atome possède donc autant d'électrons autour de son noyau que de protons à l'intérieur, c'est-à-dire exactement électrons.
Méthode
Pour donner la composition complète d'un atome (protons, neutrons, électrons) à partir de sa notation symbolique :
- Lire le numéro atomique (en bas à gauche) : c'est directement le nombre de protons.
- Comme l'atome est neutre, le nombre d'électrons est aussi égal à .
- Lire le nombre de masse (en haut à gauche), puis calculer le nombre de neutrons par la relation .
- Vérifier la cohérence : le total protons neutrons doit redonner .
L'aluminium est noté . On lit et .
- Nombre de protons : .
- Nombre d'électrons : (atome neutre).
- Nombre de neutrons : .
Vérification : . ✓
Le numéro atomique est ce qui identifie l'élément : deux noyaux ayant le même sont le même élément chimique. En revanche, peut varier d'un noyau à l'autre du même élément (voir les isotopes). On calcule donc toujours , et jamais .
2.1.1 Dimensions et structure lacunaire
Le diamètre d'un atome est de l'ordre de mètres (), tandis que celui de son noyau est de l'ordre de mètres. Le noyau est donc environ 100 000 fois plus petit que l'atome lui-même.
Entre le noyau et les électrons, il n'y a que du vide. C'est pourquoi on dit que l'atome possède une structure lacunaire. Si le noyau avait la taille d'une bille d'un centimètre de diamètre posée au centre d'un terrain de football, le nuage électronique s'étendrait sur environ 1 kilomètre, soit bien au-delà du stade tout entier.
2.1.2 Masse et charge électrique des constituants
Le tableau ci-dessous regroupe les caractéristiques des trois constituants de l'atome :
| Constituant | Symbole | Charge électrique () | Masse () |
|---|---|---|---|
| Proton | |||
| Neutron | |||
| Électron |
La masse d'un électron est négligeable devant celle d'un nucléon (elle est environ 1 800 fois plus faible). Ainsi, la masse d'un atome est pratiquement égale à la masse de son noyau :
où est la masse moyenne d'un nucléon (proton ou neutron).