Fiche de révision : Structure et propriétés des atomes

📋 Plan du Cours

1. Noyau et charges atomiques
2. Couches et configuration électronique
3. Taille et masse de l’atome
4. Configuration et tableau périodique
5. Éléments et familles chimiques

📖 1. Noyau et charges atomiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléons : Particules qui composent le noyau : les protons et les neutrons.
• Cortège électronique : Ensemble des électrons qui se déplacent autour du noyau.

★ À maîtriser

📐 Formule - Dans l’écriture conventionnelle d’un atome, $A = Z + N$ et donc $N = A - Z$, où A est le nombre de masse, Z le nombre de protons et N le nombre de neutrons.

• Un proton porte la charge élémentaire positive +e, tandis qu’un neutron a une charge nulle de 0 C ; la charge du noyau est donc positive.

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

Compléments

• Un électron porte une charge électrique négative, notée −e.

💡 Astuce mémo

Proton positif, neutron neutre ; électron négatif

📖 2. Couches et configuration électronique

🔑 Notions clés & Définitions

• État fondamental : État dans lequel les électrons ont le moins d’énergie et où l’atome est stable.
• Configuration électronique : Répartition des électrons dans les couches et sous-couches, le nombre d’électrons étant indiqué en exposant après le symbole s ou p.
• Couche de valence : La couche de valence est la dernière couche occupée d’un atome, et les électrons qu’elle contient sont les électrons de valence.

★ À maîtriser

• Dans les couches et sous-couches présentées, 1s contient au maximum 2 électrons, 2s et 2p en contiennent chacun 8 au maximum, et 3s et 3p en contiennent chacun 8 au maximum ; le total indiqué est de 18 électrons.

Compléments

• En 1913, le physicien danois Bohr propose une organisation des électrons en couches électroniques dans l’état fondamental.

• Le phosphore, de numéro atomique 15, a pour configuration électronique 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³ et possède 5 électrons de valence.

📖 3. Taille et masse de l’atome

★ À maîtriser

• L’ordre de grandeur du diamètre d’un atome est 10⁻¹⁰ m, contre 10⁻¹⁵ m pour son noyau ; le noyau est donc 100 000 fois plus petit que l’atome.

• Comme la plus grande partie de son volume est constituée de vide, l’atome a une structure lacunaire.

• La masse d’un nucléon est $1{,}67 \times 10^{-27}\ \text{kg}$ et celle d’un électron est environ 1 800 fois plus faible.

📐 Formule - La masse des électrons étant négligée devant celle du noyau, la masse de l’atome est approximativement $m_{atome}=m_{noyau}=A\times m_n$.

Compléments

📐 Formule - La masse de l’atome est la somme de la masse de son noyau et de celle de ses électrons : $m_{atome}=m_{noyau}+m_{électrons}$.

• Pour le phosphore de nombre de masse 31, la masse atomique calculée est $31\times 1{,}67\times10^{-27}=5{,}18\times10^{-26}\ \text{kg}$.

💡 Astuce mémo

Le noyau minuscule et les électrons négligeables rendent l’atome lacunaire et sa masse presque nucléaire

📖 4. Configuration et tableau périodique

🔑 Notions clés & Définitions

• Élément chimique : Désigne les atomes et les ions de même numéro atomique Z et de même symbole.

★ À maîtriser

• Les 118 éléments chimiques connus sont répartis dans le tableau périodique par numéro atomique Z croissant, en 7 périodes et 18 colonnes.

📌 Dans le tableau périodique, la période indique la couche de valence n, le chiffre des unités du numéro de colonne indique le nombre d’électrons de valence, et le bloc s ou p indique la sous-couche de valence.

Compléments

• La position d’un élément dans le tableau périodique permet de déterminer sa configuration électronique, et sa configuration électronique permet inversement de retrouver sa position.

• L’oxygène a la configuration 1s² 2s² 2p⁴ et 6 électrons de valence ; il se trouve en 2ᵉ période, en 16ᵉ colonne et dans le bloc p.

• Le chlore se trouve en 3ᵉ période, en 17ᵉ colonne et dans le bloc p ; sa configuration est 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ et il possède 7 électrons de valence.

📖 5. Éléments et familles chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Famille chimique : Une famille chimique regroupe les éléments d’une même colonne, qui possèdent des propriétés chimiques semblables ; le tableau compte ainsi 18 familles.

★ À maîtriser

📌 Les propriétés des éléments sont directement liées au nombre d’électrons de valence de leurs atomes.

• L’hélium est une exception parmi les éléments de la 18ᵉ colonne : il possède 2 électrons de valence, alors que le néon et l’argon en possèdent chacun 8.

Compléments

• La 18ᵉ colonne du tableau périodique est la famille des gaz nobles, également appelée famille des gaz rares.