Vingt électrons et vingt neutrons

Exercice d'entraînement · niveau 2 · chimie (seconde), chapitre 2 — Constitution de la Matière à l'Échelle Microscopique · Structure du noyau et notation symbolique

Énoncé

Un atome électriquement neutre possède $20$ électrons, et son noyau contient $20$ neutrons. L'élément de numéro atomique $20$ est le calcium, de symbole $Ca$ . On donne la charge élémentaire $e = 1, 602 \times 1 0^{- 19} C$ .

1. Combien de protons ce noyau contient-il ? Justifier.<br> 2. Donner le numéro atomique $Z$ et le nombre de masse $A$ , puis écrire la notation symbolique du noyau.<br> 3. Calculer la charge électrique du noyau.<br> 4. Quelle est la charge électrique totale de l'atome ? Justifier sans calcul.

Corrigé

1. Vingt protons. L'atome est électriquement neutre : la charge positive du noyau compense exactement la charge négative du nuage électronique. Il y a donc autant de protons que d'électrons, soit $20$ protons.

2. La notation. Le numéro atomique est le nombre de protons, $Z = 20$ . Le nombre de masse compte tous les nucléons : $A = Z + N = 20 + 20 = 40.$ Le noyau s'écrit $X_{20}^{40} X_{220}^{240} Ca$ .

3. La charge du noyau. Seuls les protons sont chargés, chacun de $+ e$ : $q = 20 \times 1, 602 \times 1 0^{- 19} = 3, 204 \times 1 0^{- 18} C \approx 3, 2 \times 1 0^{- 18} C,$ une charge positive. Les neutrons n'y contribuent pas.

4. Une charge nulle. Les $20$ électrons portent au total $20 \times (- e)$ , exactement l'opposé de la charge du noyau. La somme est nulle : c'est la définition même d'un atome neutre. Aucun calcul n'est nécessaire.

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