C-I UN VOYAGE VERS L’INFINIMENT PETIT : L’ATOME

I- Que faut-il savoir sur les atomes et les molécules après la 4éme ?

Vous devez être capable de différencier les formules des atomes et des molécules. Comment s’y prend t-on ?

1- Atome :

Un atome est symbolisé par formule chimique qui est une lettre majuscule éventuellement suivie d’une lettre

minuscule.

Exemple : atome d’Hydrogène : H atome de carbone : C atome d’oxygène : O

atome de cuivre : Cu atome de Fluor : F atome de fer : Fe

Remarque :Souvent cette lettre majuscule correspond au nom français mais ce n’est pas toujours le cas. Exemples :

Atome d’or : Au Atome d’azote : N

Un atome a la forme d’une sphère très petite : 10 milliardième de mètre = 1 mètre / 10 000 000 000 = 1 × 10-10 m = 0,1

nm

2- Molécule :

Qu’est ce qu’une molécule ? Une molécule est un ensemble d’atomes liés entre eux.

On en déduit que la formule d’une molécule sera soit avec plusieurs majuscules correspondant aux atomes qui la

constituent soit avec une lettre majuscule avec en indice un nombre qui indique le nombre d’atomes qui la

constitue.

Exemples : La molécule d’eau : H2O molécule de dioxyde de carbone : CO2

molécule de méthane : CH4 la molécule de dihydrogène : H2 la molécule de dioxygène : O2

Modèle moléculaire : on peut représenter des molécules ou des atomes à l’aide de modèles.

Ci-dessous, après avoir écrit la formule chimique de la molécule de dioxygène dessiner son modèle moléculaire. Même

question pour la molécule de dioxyde de carbone.

molécule de dioxygène O2

molécule de dioxyde de carbone. CO2

La molécule d’eau H2O est constituée de 2 atomes d’Hydrogène H et d’un

atome d’oxygène O.

3- Exercice :

Placer les espèces chimiques suivantes, dans le tableau ci-dessous : C, H2O, Au, NH3, N, CO, Br2 :

Atome Molécule

C, Au, N,

H2O, NH3, CO, Br2

Donner la composition de deux molécules (au choix) du tableau ci-dessus. Molécule ammoniac NH3 constituée de 3

atomes d’Hydrogène H et d’un atome d’azote N. La molécule de monoxyde de carbone est constituée d’un atome de

carbone et d’un atome d’oxygène.

Écriture d’une formule moléculaire

Symbole atome

d’Hydrogène Symbole atome

d’Oxygène

H2O

L’indice « 2 » indique le nombre

d’atome de la lettre précédente

(ici, deux atomes d’hydrogène)

II- De quelle manière a-t-on atteint nos connaissances actuelles de l’atome ?

Durant plus de 25 siècles, un cheminement parfois tortueux semé d’idées, d’intuitions, d’expériences, de différents outils a permis de prouver l’existence des atomes et de connaître leurs caractéristiques. Pour Démocrite (400 avt JC), la matière est constituée de très petits grains indivisibles appelés atome. Cette idée d’atome va cependant être abandonnée pendant ………… siècles !!!

Elle sera de nouveau mise en avant par John Dalton (1808). Pour Dalton, l’atome est une sphère simple et indivisible, semblable à une boule de billard. En 1897, Joseph Thomson découvre un constituant de l’atome qu’il appelle électron (charge électrique négative). Dans le modèle de Thomson, l’atome est constitué d’une boule remplie d’une substance électriquement positive « fourrées » d’électrons négatifs, ce modèle est appelé le Pudding de Thomson (voir image ci-contre).

Ernest Rutherford découvre le noyau. Il propose un modèle « planétaire » pour l’atome : les électrons tournent autour du noyau (qui est au centre), comme les planètes tournent autour du Soleil. Voici ce qu’il écrivit en 1924 : « L’électricité positive, dans un atome, doit être concentrée à l’intérieur d’une région très petite, appelée noyau. De manière à obtenir un atome électriquement neutre, la charge positive est supposée être entourée à une

distance convenable d’un ensemble d’électrons chargés négativement. (Voir modèle atome imaginé par Rutherford). Il

est aussi nécessaire de supposer que la plus grande masse de l’atome se trouve dans le noyau [ … ]. Il semble certain que le noyau de l’atome soit très petit par rapport aux dimensions de la distribution électronique (espace sphérique occupé par les électrons).

D’après Ernest RUTHERFORD (physicien anglais, 1871 – 1937), structure de l’atome, 1924. Questions :

a- Quels sont les constituants d’un atome ? Un noyau central et des électrons qui

gravitent autour du noyau. b- Quel est le signe de la charge électrique du noyau ? Celui de la charge d’un électron ? Le noyau est chargé positivement, les électrons sont négatifs. c- L’atome est-il électriquement chargé ? Non, l’atome est électriquement neutre c’est à dire qu’il possède autant de charges positives contenues dans le noyau que de charges négatives portées par les électrons. d- Compare la dimension du noyau à celle de l’atome. Le noyau est 100 000 plus petit que l’atome. Si diamètre du noyau égale 1 cm alors le diamètre de l’atome égale 1*100 000 = 100 000 cm = 1 000 m = 1 km !!!

e- Quelle partie de l’atome a-t-on découvert en premier ? Par qui ? L’électron par Thompson. f- Qui a découvert le noyau ? Ernest Rutherford. g- Qu’y a-t-il entre noyau et les électrons ? Il y a du vide. h- A votre avis, les recherches sur l’atome continuent-elles ? Oui, il y a le grand collisionneur en Suisse au CERN.

III- L’atome : 1- Composition : que contient-il ?

Un atome est constitué : - d’un noyau central contenant des charges positives, - d’électrons (charges négatives) qui se déplacent autour du noyau. - entre le noyau et les électrons il n’y a rien : le vide !!!

2- Caractéristiques : (forme, taille, charge électrique, masse, ….)

Un atome a une forme sphérique. Le diamètre d’un atome est de l’ordre de 0,1 nm (nanomètre : 1 nm = 10-9 m). Il possède un noyau central chargé positivement autour duquel tournent des électrons chargés négativement. Le noyau est 100 000 fois plus petit que l’atome !!! La masse de l’atome est pratiquement égale à celle du noyau. Un atome est électriquement neutre c’est à dire il possède autant de charges positives contenues dans le noyau

que de charges négatives portées par les électrons.

3- Symboles d’un atome : Vu au I)

0,1 nm

IV- Tous les solides conduisent-ils le courant électrique ?

Dans une ligne électrique, les câbles sont suspendus

au poteau par des « tasses » en verre. Pourquoi ?

1- Expérience :

Proposer et schématiser (dans le cadre ci-contre) une

expérience qui permettra de savoir si un solide est conducteur ou non Matériau conducteur : Cuivre, aluminium, zinc, fer, graphite. Matériau isolant : Plastique, sucre, verre, bois.

Matériau Cuivre Plastique Aluminium Sucre Zinc Fer Graphite verre Intensité (mA) 95 0 95 0 95 95 95 0

Conclusion Conducteur Isolant C I C C C I

Après l’expérience, on constate que seuls les métaux conduisent le courant. 2- Conclusion : Tous les métaux conduisent le courant. On dit que les métaux sont des conducteurs électriques. Dans les métaux le courant est dû à une circulation d’électrons libres. Ces électrons se déplacent dans le sens opposé au sens conventionnel du courant électrique. Remarque : proposer une explication pour la non-conduction des isolants électriques. Les atomes qui constituent les isolants ne possèdent pas d’électrons libres.

Objet

G

A

R

COM

A

+ - Sens du courant

ampèremètre

Matériau : ici le bois

lampe

générateur résistance

+ -

ACOM

bornes

Élèves testant la conduction ou non conduction

des différents matériaux. Photo détaillée et légendée de l’expérience.