L'atome

1) Constitution de l'atome

Un atome est composé d'électrons tournant autour d'un noyau.
Dans le noyau se trouvent les protons et les neutrons : les nucléons
Les protons possèdent une charge électrique positive :
1,6x10^-19C (coulomb).
Les électrons possèdent une charge électrique négative :
-1,6x10^-19C (coulomb).
Les neutrons ne possèdent pas de charge électrique.
Les protons et les neutrons ont à peu près la même masse :
m_p ≃ m_n = m_nucléon = 1,67 × 10^-27 kg.
Les électrons sont 1500 fois plus légers :
m_e = 9,1 × 10^-31 kg.

2) Symbole du noyau

Les atomes sont classés en fonctions de leurs propriétés chimiques. Or, ces propriétés sont liées au nombre de protons présents dans le noyau.

Le nom d'un atome dépend uniquement du nombre de protons qu'il contient.
Si deux atomes ont le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent, ils sont dits isotopes du même élément.

Exemple : Le cuivre Cu est présent sous deux formes sur Terre, ⁶³Cu contenant 34 neutrons et ⁶⁵Cu avec 36 neutrons.

Le noyau atomique est représenté par un symbole :
${}_{Z}^{A}X$ Z : c'est le numéro atomique ou nombre de protons.
A : c'est le nombre de nucléons, appelé aussi nombre de masse.

3) La classification périodique

La Classification périodique des éléments est un tableau classant l'ensemble des éléments chimiques existants.
L'intérêt de ce tableau est qu'il classe tout d'abord les éléments par numéro atomique Z croissant (c'est le nombre en haut à gauche dans la case).
Mais il les classe également par:

groupe (les colonnes) : les éléments présents dans un même groupe ont des propriétés chimiques similaires,
période (les lignes) : les éléments présents dans une même période ont le même nombre de couches électroniques.

Enfin, il indique une valeur appelée ici "masse atomique relative", que l'on retrouvera plus tard, mais qui pour le moment doit être considérée comme le le nombre de nucléons A de l'isotope majoritaire lorsque l'on arrondi ce nombre à l'unité.

Quelques exercices autour de l'atome

Donner le numéro atomique de l'atome de ___.
Z=.

Score : 0/3

Un atome porte le numéro atomique Z=___.
C'est donc un atome de : .

Score : 0/3

Un atome contient ___ protons et ___ neutrons.
Son numéro atomique Z vaut donc : et son nombre de nucléons : .

Score : 0/3

Un atome contient ___ nucléons dont ___ neutrons.
C'est donc un atome de : et son symbole est :

Score : 0/3

Calculez la masse d'un atome de ^______.
Sa masse est de : x10kg.

Score : 0/3

Un atome contenant ___ neutrons a une masse de ___kg.
Sa représentation est donc :

Score : 0/3

Un atome a une masse de ___ kg, et son noyau a une charge électrique de ___C.
Sa représentation est donc :

Score : 0/3

4) La structure électronique

a) Structure électronique des atomes
Les électrons d'un atome sont répartis autour du noyau sur plusieurs couches (K, L, M, ...) qu'ils remplissent successivement en partant de la couche K la plus proche noyau vers les couches extérieures (L, M, ...).
Chaque couche contient au maximum 2n² électrons où n est le numéro de la couche (K=1, L=2, M=3, ...).

K contient au maximum 2*1²= 2 électrons
L contient au maximum 2*2²= 8 électrons
M contient au maximum 2*3³= 18 électrons

On appelle structure électronique la répartition des électrons dans les différentes couches.
Exemple :Donner la structure électronique de l'atome d'aluminium ₁₃Al
Il contient 13 électrons, sa structure électronique est donc (K)²(L)⁸(M)³.
L'atome de chlore ¹⁷Cl, qui contient 17 électrons a pour structure (K)²(L)⁸(M)⁷.

b) Structure électronique des gaz nobles
L'hélium (He), le néon (Ne), l'argon (Ar), le krypton (Kr), le xénon (Xn) et le radon (Rn) sont les gaz nobles. Leur couche externe contient soit 2 électrons (hélium) soit 8 électrons, ce qui les rend très stables. Inertes, ils ne réagissent pas chimiquement.
On parle de duet (2 électrons) et d'octet (8 électrons) pour évoquer cette particularité.

c) Structure électronique des ions
Un ion est un atome qui a perdu (ou gagné) un (ou plusieurs) électron(s).

un cation est positif => nb_protons > nb_électrons
un anion est négatif => nb_protons < nb_électrons

Un atome va "essayer" de se rapprocher de la structure électronique du gaz noble le plus proche.
Exemple :

L'atome de chlore ₁₇Cl, qui a pour structure (K)²(L)⁸(M)⁷ va essayer de se rapprocher de la structure de l'argon (K)²(L)⁸(M)⁸.

L'atome d'oxygène ₈O, qui a pour structure (K)²(L)⁶ va essayer de se rapprocher de la structure du néon (K)²(L)⁸.

^2-

3) L'analyse chimique

a) Test d'identification des ions
Avec les bons réactifs, il est possible de mettre en évidence certains ions en solution, car ils forment des précipités.

Vidéo reprenant le TP 08 sur les précipités et le corrigeant

Formule de l'ion	Cl^-	Cu²⁺	Fe²⁺	Fe³⁺	SO₄^2-
Détecteur	Nitrate d'argent (Ag⁺, NO₃^-)	Hydroxyde de sodium (Na⁺, HO^-)	Hydroxyde de sodium (Na⁺, HO^-)	Hydroxyde de sodium (Na⁺, HO^-)	Chlorure de baryum (Ba²⁺, 2Cl^-)
Couleur du précipité	Blanc Noircit à la lumière	Bleu	Vert	Rouille	Blanc

Crédits : J.Verdejo

En pratique, pour la formation des ions, nous ne nous intéresserons qu'aux trois premières périodes du tableau, ce qui donne la classification réduite ci-dessous.

Source : Periodini.com