Fiche de révision : Structure et masse de l’atome

📋 Plan du Cours

1. Généralités sur l’atome
2. Structure lacunaire de l’atome
3. Mise en évidence du noyau
4. Composition et identification nucléaire
5. Isotopes et élément chimique
6. Masse molaire et masse atomique
7. Défaut de masse et énergie nucléaire

📖 1. Généralités sur l’atome

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Le constituant ultime de la matière et s’associe à d’autres atomes pour former des molécules stables.

★ À maîtriser

• L’atome est électriquement neutre et possède une masse de l’ordre de $10^{-27}\,\mathrm{kg}$ ainsi qu’un rayon de l’ordre de $10^{-10}\,\mathrm{m}$.

Compléments

• L’atome est pratiquement absent à l’état libre dans les conditions expérimentales ordinaires en raison de sa très grande réactivité, sauf pour les gaz nobles.

💡 Astuce mémo

Atome neutre, ion chargé

📖 2. Structure lacunaire de l’atome

🔑 Notions clés & Définitions

• Électron : Une particule chargée négativement, de charge $-e=-1{,}6\times10^{-19}\,\mathrm{C}$ et de masse $9{,}11\times10^{-31}\,\mathrm{kg}$.
• Noyau : La partie centrale positive de l’atome dans laquelle se trouve la quasi-totalité de sa masse.

★ À maîtriser

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

Compléments

• Le rayon du noyau est de l’ordre de $10^{-16}\,\mathrm{m}$, tandis que les électrons se trouvent approximativement à $10^{-10}\,\mathrm{m}$ du noyau.

• La masse volumique du noyau est de l’ordre de $10^{15}\,\mathrm{g\,cm^{-3}}$, ce qui correspond à une densité de $10^{15}$ par rapport à l’eau.

💡 Astuce mémo

Un minuscule noyau massif au centre d’un immense espace vide

📖 3. Mise en évidence du noyau

📝 Points essentiels

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

💡 Astuce mémo

Faisceau α → feuille d’or → transmission ou déviation

📖 4. Composition et identification nucléaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Proton : Une particule chargée positivement, de charge $+e=+1{,}6\times10^{-19}\,\mathrm{C}$ et de masse $1{,}67\times10^{-27}\,\mathrm{kg}$, environ 1835 fois celle de l’électron.
• Neutron : Chadwick, 1932 — Une particule neutre dont la masse est sensiblement égale à celle du proton.
• Nucléide : L’ensemble des atomes dont les noyaux contiennent le même nombre de protons et le même nombre de neutrons.
• Élément chimique : L’ensemble des entités chimiques ayant le même numéro atomique Z, même si leurs nombres de neutrons et de masse diffèrent.

📝 Points essentiels

📐 Formule — Le nombre de masse $A$ est égal au nombre de protons $Z$ plus le nombre de neutrons $N$ : $A=Z+N$.

💡 Astuce mémo

A = Z + N : masse = protons + neutrons

📖 5. Isotopes et élément chimique

🔑 Notions clés & Définitions

• Isotopes : Deux isotopes ont le même nombre de protons mais des nombres de neutrons différents et appartiennent donc au même élément chimique.

★ À maîtriser

📌 Les isotopes d’un élément ont les mêmes propriétés chimiques liées aux électrons, mais peuvent avoir des propriétés nucléaires différentes, notamment en radioactivité ou en fission.

Compléments

• Le fer naturel comporte quatre isotopes dans les proportions suivantes:

  • 5,8 %
  • 2,2 %
  • 91,6 %
  • 0,4 %

• L’hydrogène possède trois isotopes:

  • hydrogène léger
  • deutérium
  • tritium

💡 Astuce mémo

Même Z : même élément ; N différent : isotopes

📖 6. Masse molaire et masse atomique

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse molaire : La masse d’une mole de cet élément ou de cette molécule.
• Unité de masse atomique : Égale au douzième de la masse d’un atome de carbone de référence et vaut $1{,}66\times10^{-27}\,\mathrm{kg}$.

★ À maîtriser

• Une mole contient autant de particules qu’il y a d’atomes dans 12 g du nucléide de carbone de référence.

• La constante d’Avogadro vaut $N=6{,}022\times10^{23}\,\mathrm{mol^{-1}}$.

Compléments

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

📖 7. Défaut de masse et énergie nucléaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Défaut de masse : La différence entre la somme des masses des nucléons séparés et la masse du noyau lié : $\Delta m=Zm_p+(A-Z)m_n-M$.

★ À maîtriser

📌 La masse d’un noyau est toujours inférieure à la somme des masses de ses protons et de ses neutrons pris individuellement, car le noyau est un système lié.

📐 Formule — L’énergie équivalente au défaut de masse est donnée par la relation $\Delta E=\Delta m c^2$.

Compléments

• Pour le noyau d’hélium, la masse totale des nucléons séparés 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

Particules et nombres nucléaires