Fiche de révision : Structure et masse de l’atome

📋 Plan du Cours

1. Organisation générale de l’atome
2. Composition et propriétés du noyau
3. Nucléides éléments et isotopes
4. Masse molaire et unité atomique
5. Défaut de masse et énergie nucléaire

📖 1. Organisation générale de l’atome

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Constituant ultime de la matière dont l’association en édifices chimiques stables constitue les molécules.

★ À maîtriser

• Un atome est électriquement neutre, sa masse est de l’ordre de 10^-27 kg et son rayon est de l’ordre de 10^-10 m.

📌 L’électron est chargé négativement avec une charge de -1,6 × 10^-19 C et une masse de 9,11 × 10^-31 kg, tandis que le noyau est chargé positivement et contient la quasi-totalité de la masse de l’atome.

📌 Un cation résulte de la perte d’un ou plusieurs électrons, tandis qu’un anion résulte du gain d’un ou plusieurs électrons.

Compléments

• La masse volumique du noyau est de l’ordre de 10^15 g·cm^-3, car sa masse est concentrée dans un volume extrêmement petit.

💡 Astuce mémo

Noyau massif au centre, électrons légers dans un espace lacunaire

📖 2. Composition et propriétés du noyau

🔑 Notions clés & Définitions

• Proton : Particule chargée positivement, de charge +1,6 × 10^-19 C et de masse 1,67 × 10^-27 kg.
• Neutron : Particule électriquement neutre dont la masse est sensiblement égale à celle du proton.
• Numéro atomique : Nombre de protons du noyau.

★ À maîtriser

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

📐 Formule — Le nombre de masse A est égal au nombre total de nucléons : $A = Z + N$.

Compléments

• Le neutron a été découvert par Chadwick en 1932.

💡 Astuce mémo

Z protons, N neutrons, A nucléons

📖 3. Nucléides éléments et isotopes

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléide : Ensemble des atomes dont les noyaux contiennent le même nombre de protons et le même nombre de neutrons.
• Élément chimique : Ensemble des entités chimiques, atomes ou ions, ayant le même numéro atomique Z, même si leur nombre de neutrons et leur nombre de masse diffèrent.
• Isotopes : Deux atomes qui ont le même nombre de protons mais des nombres de neutrons différents et qui appartiennent donc au même élément chimique.

★ À maîtriser

📌 Les isotopes d’un élément ont des propriétés chimiques identiques lorsque leur origine est électronique, mais des propriétés différentes lorsque leur origine est nucléaire, comme pour la radioactivité ou la fission.

Compléments

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

💡 Astuce mémo

Même Z : même élément ; même Z mais N différent : isotopes

📖 4. Masse molaire et unité atomique

🔑 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.
• Masse molaire : Masse d’une mole de cet élément ou de cette molécule.
• Unité de masse atomique : Douzième de la masse d’un atome de carbone, valant 1,66 × 10^-27 kg.

📝 Points essentiels

• La constante d’Avogadro vaut 6,022 × 10^23 mol^-1.

📐 Formule — La masse molaire d’un élément naturel est la moyenne pondérée des masses isotopiques : $M = \sum_i \frac{x_i}{100} M_i$, où x_i est l’abondance isotopique en pourcentage.

💡 Astuce mémo

Isotopes → abondances → masse molaire

📖 5. Défaut de masse et énergie nucléaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Défaut de masse : Différence entre la somme des masses des nucléons séparés et la masse du noyau lié.

★ À maîtriser

📐 Formule — Le défaut de masse d’un noyau vérifie $\Delta m = Zm_p + (A-Z)m_n - M$.

• La masse du noyau est toujours inférieure à la somme des masses de ses constituants pris individuellement, car le noyau est un système lié.

📐 Formule — La relation entre le défaut de masse et l’énergie libérée par la formation du noyau est $\Delta E = \Delta m c^2$.

Compléments

• Pour le noyau d’hélium, la somme des masses des nucléons vaut 4,03188 u, la masse du noyau vaut 4,0015 u et le défaut de masse vaut 0,0304 u.

💡 Astuce mémo

Cohésion du noyau → défaut de masse → énergie de liaison

📊 Tableaux de synthèse

Nucléide élément isotope