Fiche de révision : Mesures et structure de l’atome

📋 Plan du Cours

1. Notation scientifique et précision numérique
2. Constituants et propriétés de l’atome
3. Masse de l’atome
4. Notation du noyau et isotopes
5. Couches et sous-couches électroniques
6. Configuration électronique et classification

📖 1. Notation scientifique et précision numérique

🔑 Notions clés & Définitions

• Notation scientifique : Représentation d’un nombre décimal sous la forme $a \times 10^n$, avec $1 \leq a < 10$ et un entier $n$ positif ou négatif.

★ À maîtriser

📌 Un résultat calculé ne peut pas être plus précis que les mesures utilisées, comme l’illustre le calcul de la largeur $P = S/L$ à partir de $S=12{,}0\ \mathrm{m^2}$ et $L=7{,}1\ \mathrm{m}$.

Compléments

• En notation scientifique, 124 s’écrit $1{,}24 \times 10^2$ et 0,0042 s’écrit $4{,}2 \times 10^{-3}$.

📌 Lors d’une addition présentée dans le cours, on conserve le même nombre de chiffres après la virgule que dans les nombres additionnés.

📐 Formule - Les puissances de dix vérifient $10^a \times 10^b=10^{a+b}$, $\frac{10^a}{10^b}=10^{a-b}$, $(10^a)^b=10^{ab}$ et $10^0=1$.

📖 2. Constituants et propriétés de l’atome

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Constitué d’un noyau chargé positivement, entouré d’un cortège d’électrons chargés négativement.

★ À maîtriser

• Les nucléons qui composent le noyau sont les protons et les neutrons.

Compléments

• La charge d’un proton est $+e=1{,}602\times10^{-19}\ \mathrm{C}$ et sa masse est $1{,}673\times10^{-27}\ \mathrm{kg}$.

• Un neutron a une charge nulle et une masse de $1{,}675\times10^{-27}\ \mathrm{kg}$.

• Un électron porte une charge $-e=-1{,}602\times10^{-19}\ \mathrm{C}$ et a une masse de $9{,}109\times10^{-31}\ \mathrm{kg}$.

📐 Formule - La charge totale du cortège électronique est $Q_{\mathrm{cortège}}=N_e\times(-1{,}602\times10^{-19}\ \mathrm{C})$, où $N_e$ est le nombre d’électrons.

💡 Astuce mémo

Le noyau positif contient les nucléons ; le cortège négatif contient les électrons.

📖 3. Masse de l’atome

★ À maîtriser

• Pour le niveau considéré, la masse d’un proton et celle d’un neutron sont approximées par la masse d’un nucléon, soit $1{,}67\times10^{-27}\ \mathrm{kg}$.

📐 Formule - En négligeant la masse des électrons, la masse de l’atome est assimilée à celle du noyau et s’écrit $m_{\mathrm{atome}}\approx m_{\mathrm{noyau}}=N_{\mathrm{nucléons}}\times m_{\mathrm{nucléon}}$.

Compléments

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

• Pour l’atome de carbone $^{12}_{6}\mathrm{C}$, la masse estimée est $12\times1{,}67\times10^{-27}\ \mathrm{kg}$.

💡 Astuce mémo

La masse électronique très faible conduit à assimiler la masse de l’atome à celle de son noyau.

📖 4. Notation du noyau et isotopes

🔑 Notions clés & Définitions

• Notation symbolique du noyau : La notation $^{A}_{Z}X$ représente un noyau ou un atome, où $X$ est le symbole chimique, $A$ le nombre de nucléons et $Z$ le nombre de protons.
• Isotopes : Noyaux ayant le même nombre de protons mais des nombres de nucléons, et donc de neutrons, différents.

★ À maîtriser

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

📌 Un atome globalement neutre possède autant d’électrons que de protons.

Compléments

• Pour l’atome d’or $^{197}_{79}\mathrm{Au}$, le noyau contient 79 protons et 118 neutrons, et l’atome neutre possède 79 électrons.

• Les noyaux $^{12}_{6}\mathrm{C}$, $^{13}_{6}\mathrm{C}$ et $^{14}_{6}\mathrm{C}$ sont des isotopes du carbone, et le carbone 14 est radioactif.

📖 5. Couches et sous-couches électroniques

★ À maîtriser

• Dans le modèle de Bohr présenté, les électrons occupent des couches électroniques situées à des distances particulières du noyau, et les couches se subdivisent en sous-couches.

• La couche de numéro $n$ peut contenir au maximum $2n^2$ électrons.

• Une sous-couche s peut contenir au maximum 2 électrons et une sous-couche p au maximum 6 électrons.

Compléments

• En 1913, Niels Bohr suppose que les électrons se trouvent à des distances particulières du noyau.

📌 Une couche électronique est caractérisée par un entier $n>0$ et une sous-couche par un entier $l$ tel que $0\leq l<n$.

• Les sous-couches correspondant à $l=0$, $l=1$ et $l=2$ sont respectivement nommées s, p et d.

💡 Astuce mémo

Imagine les couches électroniques comme un oignon autour du noyau.

📖 6. Configuration électronique et classification

🔑 Notions clés & Définitions

• Configuration électronique : Répartition des électrons d’un atome dans ses sous-couches.

★ À maîtriser

• 🔄 Jusqu’à 18 électrons, les sous-couches se remplissent dans l’ordre suivant :
  1. 1s
  2. 2s
  3. 2p
  4. 3s
  5. 3p

Compléments

• La configuration électronique de l’aluminium donnée dans le cours est $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^1$.

• Dans les trois premières périodes du tableau présenté, les colonnes 1 et 2 correspondent respectivement aux configurations externes s¹ et s², tandis que les colonnes 13 à 18 correspondent respectivement à p¹, p², p³, p⁴, p⁵ et p⁶.

💡 Astuce mémo

Jusqu’à 18 électrons : 1s → 2s → 2p → 3s → 3p.