Fiche de révision : De l’atome à l’élément chimique

📋 Plan du Cours

1. Constituants et modèle de l’atome
2. Notation symbolique et composition nucléaire
3. Isotopes et élément chimique
4. Masse et charge des constituants
5. Électroneutralité et masse atomique
6. Dimensions et structure lacunaire
7. Formation et charge des ions

📖 1. Constituants et modèle de l’atome

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Constitué d’un noyau autour duquel gravitent des électrons.
• Nucléons : Particules du noyau de l’atome comprenant les protons et les neutrons.
• Nuage électronique : Représente la probabilité de présence des électrons dans l’atome, car leur trajectoire n’y a plus de sens.

💡 Astuce mémo

Imagine un noyau entouré d’un nuage flou de probabilités électroniques.

📖 2. Notation symbolique et composition nucléaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Notation symbolique : Dans la notation $\frac{A}{Z}X$, $X$ est le symbole chimique, $A$ le nombre de nucléons et $Z$ le nombre de protons.

★ À maîtriser

📐 Formule - Le nombre de neutrons d’un atome est $N = A - Z$.

Compléments

• Le noyau de l’atome de fer $\frac{56}{26}\mathrm{Fe}$ contient 26 protons et 30 neutrons.

• Le noyau de l’atome de brome contenant 79 nucléons et 44 neutrons a pour symbole $\frac{79}{35}\mathrm{Br}$.

📖 3. Isotopes et élément chimique

🔑 Notions clés & Définitions

• Élément chimique : Ensemble des entités chimiques ayant le même nombre de protons ; il est caractérisé par son numéro atomique et son symbole chimique.

★ À maîtriser

📌 Deux isotopes ont le même nombre de protons et donc le même numéro atomique, mais des nombres de neutrons et de nucléons différents.

• Les trois isotopes naturels du carbone sont :
  • le carbone 12, qui possède 6 neutrons et 6 protons
  • le carbone 13, qui possède 7 neutrons et 6 protons
  • le carbone 14, qui possède 8 neutrons et 6 protons

Compléments

• La plupart des atomes possèdent plusieurs isotopes naturels, dont certains sont stables et d’autres instables donc radioactifs.

• Les entités $\frac{1}{1}\mathrm{H}$, $\frac{2}{1}\mathrm{H}$ et $\frac{3}{1}\mathrm{H}$ appartiennent toutes à l’élément hydrogène car elles ont $Z=1$.

💡 Astuce mémo

Même Z pour un élément, A différent pour ses isotopes.

📖 4. Masse et charge des constituants

★ À maîtriser

📐 Formule - La masse d’un nucléon est considérée égale à $m_{\text{nucléon}} = 1{,}7 \times 10^{-27}\ \text{kg}$.

• La masse de l’électron est environ 2000 fois plus petite que celle d’un nucléon.

• La charge élémentaire est la plus petite charge positive existante ; elle vaut $e=1{,}6\times10^{-19}\ \text{C}$.

• Chaque proton porte la charge $+e$, chaque neutron porte une charge nulle et chaque électron porte la charge $-e$.

Compléments

📐 Formule - La charge électrique du noyau est $q_{\text{noyau}}=Z\times e$.

• Un noyau de potassium contenant 19 protons porte une charge de $3{,}04\times10^{-18}\ \text{C}$.

💡 Astuce mémo

Proton positif, neutron neutre, électron négatif et très léger.

📖 5. Électroneutralité et masse atomique

★ À maîtriser

📌 Un atome neutre possède autant d’électrons que de protons ; si son noyau contient $Z$ protons, l’atome possède $Z$ électrons.

📐 Formule - Pour un atome contenant $A$ nucléons, sa masse est approximativement $m_{\text{atome}}=A\times m_{\text{nucléon}}$.

Compléments

• La masse d’un atome est pratiquement concentrée dans son noyau, car la masse des électrons est négligeable devant celle des nucléons.

• Pour l’atome d’or $\frac{197}{79}\mathrm{Au}$, l’approximation donne une masse de $3{,}3\times10^{-25}\ \text{kg}$.

📖 6. Dimensions et structure lacunaire

★ À maîtriser

• Le diamètre d’un atome est de l’ordre de $10^{-10}\ \text{m}$ et celui de son noyau de l’ordre de $10^{-15}\ \text{m}$.

📐 Formule - Le rapport du diamètre de l’atome à celui de son noyau vaut $\frac{10^{-10}}{10^{-15}}=10^5=100\,000$.

Compléments

• Le volume de l’atome est constitué à 99,9999999999 % de vide, et l’atome a donc une structure lacunaire.

💡 Astuce mémo

Un noyau minuscule au centre d’un vaste espace presque entièrement vide.

📖 7. Formation et charge des ions

🔑 Notions clés & Définitions

• Ion monoatomique : Atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons sans modification de son noyau.

★ À maîtriser

📌 Un atome qui perd un ou plusieurs électrons devient un cation positif, tandis qu’un atome qui en gagne devient un anion négatif.

Compléments

• Un ion monoatomique et l’atome dont il est issu conservent le même numéro atomique $Z$.

• La charge d’un ion est indiquée en haut à droite de son symbole et le chiffre 1 n’est pas écrit.

• L’atome de lithium Li perd un électron pour former l’ion Li⁺, qui conserve 3 protons et 2 neutrons mais ne possède plus que 2 électrons.

• L’atome de magnésium Mg de numéro atomique 12 qui perd 2 électrons forme le cation Mg²⁺.

💡 Astuce mémo

Perte d’électrons : cation ; gain d’électrons : anion.