Fiche de révision : Structure et masse de l’atome

📋 Plan du Cours

1. Généralités sur l’atome
2. Dimensions et charges atomiques
3. Structure lacunaire et ions
4. Mise en évidence du noyau
5. Composition et identification du noyau
6. Isotopes et élément chimique
7. Masses atomiques et énergie nucléaire

📖 1. Généralités sur l’atome

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Constituant ultime de la matière, mais sa grande réactivité fait qu’il existe rarement à l’état libre dans les conditions ordinaires, sauf pour les gaz nobles.
• Molécule : Édifice chimique stable constitué par l’association d’atomes.

📖 2. Dimensions et charges atomiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Noyau : Partie centrale positive de l’atome dans laquelle se trouve la quasi-totalité de sa masse.

📝 Points essentiels

• L’atome est électriquement neutre et se caractérise notamment par une masse de l’ordre de 10-27 kg et un rayon de l’ordre de 10-10 m.

• L’électron est une particule chargée négativement, de charge -e = -1,6 × 10-19 C et de masse 9,11 × 10-31 kg.

💡 Astuce mémo

Noyau massif et positif, électrons légers et négatifs

📖 3. Structure lacunaire et ions

🔑 Notions clés & Définitions

• Ion : Atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons et qui n’est donc plus électriquement neutre.

★ À maîtriser

📌 Les électrons se trouvent approximativement à 10-10 m du noyau, dont le rayon est de l’ordre de 10-16 m ; l’atome est donc une structure lacunaire constituée en grande partie de vide.

📌 Un cation se forme par perte d’un ou plusieurs électrons, tandis qu’un anion se forme par gain d’un ou plusieurs électrons.

Compléments

• La masse volumique du noyau est de l’ordre de 1015 g cm-3, ce qui correspond à une densité de 1015 par rapport à l’eau.

💡 Astuce mémo

Perte ou gain d’électrons → formation d’un ion

📖 4. Mise en évidence du noyau

📝 Points essentiels

• L’expérience de Rutherford consiste à envoyer un faisceau de particules α, émises par des éléments radioactifs, sur une mince feuille d’or ; la plupart traversent sans déviation, tandis qu’une minorité est déviée ou réfléchie.

💡 Astuce mémo

Faisceau α → feuille d’or → transmission, déviation ou réflexion

📖 5. Composition et identification du noyau

🔑 Notions clés & Définitions

• Proton : Particule chargée positivement, de charge +e = +1,6 × 10-19 C et de masse 1,67 × 10-27 kg, environ 1835 fois supérieure à celle de l’électron.
• Neutron : Particule neutre dont la masse est sensiblement égale à celle du proton ; il a été découvert par Chadwick en 1932.
• Nucléide : Ensemble des atomes dont les noyaux contiennent le même nombre de protons et le même nombre de neutrons.

📝 Points essentiels

📐 Formule — Le nombre de masse A est la somme du nombre de protons Z et du nombre de neutrons N : $A = Z + N$.

💡 Astuce mémo

A = Z + N : masse = protons + neutrons

📖 6. Isotopes et élément chimique

🔑 Notions clés & Définitions

• Élément chimique : Ensemble des entités chimiques, atomes ou ions, ayant le même numéro atomique Z, même si leurs nombres de neutrons et de masse diffèrent.
• Isotope : Deux atomes qui ont le même nombre de protons mais des nombres de neutrons différents ; ils appartiennent au même élément chimique.

★ À maîtriser

• Les isotopes d’un élément ont des propriétés chimiques identiques lorsque leur origine est électronique, mais des propriétés nucléaires différentes lorsque leur origine est nucléaire, notamment pour la radioactivité et la fission.

Compléments

• Le fer naturel comporte quatre isotopes présents dans les proportions suivantes : 5,8 %, 2,2 %, 91,6 % et 0,4 %.

💡 Astuce mémo

Même Z pour un élément, même Z mais N différent pour des isotopes

📖 7. Masses atomiques et énergie nucléaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Mole : Quantité de matière contenant autant de particules qu’il y a d’atomes dans 12 g du nucléide de référence du carbone.
• Défaut de masse : Différence entre la somme des masses individuelles des nucléons et la masse du noyau, selon $\Delta m = Zm_p + (A-Z)m_n - M$.
• Unité de masse atomique : Égale au douzième de la masse d’un atome de carbone de référence et vaut 1,66 × 10-27 kg.

📝 Points essentiels

• La constante d’Avogadro vaut N = 6,022 × 1023 mol-1.

📐 Formule — La masse molaire d’un élément est la moyenne pondérée des masses molaires de ses isotopes naturels : $M = \sum \frac{x_i}{100}M_i$, où xi est l’abondance isotopique en pourcentage.

📐 Formule — La formation d’un noyau s’accompagne d’une énergie de liaison équivalente au défaut de masse selon $\Delta E = \Delta m c^2$.

💡 Astuce mémo

Défaut de masse → énergie de liaison selon ΔE = Δmc²

📊 Tableaux de synthèse

Particules de l’atome