Le modèle de l ’atome

M. ChalvetLycée Joliot Curie Dammarie-Lès-Lys

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Dernière mise à jour:

Le 10 novembre 2003

Consignes

• Vous devez d ’abord lire et comprendre ce qui est écrit .

• Vous rencontrerez certains exercices. Vous devez absolument les faire avant de poursuivre.

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– les titres pour atteindre les sous-paragraphes.

• Inutile de recopier ce qui est en italique.

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Plan du coursI. Le modèle de l ’atome de la classe de secondeII. Le noyau.

1- constitution2- Symbole du noyau3- Les isotopes.4- définition de l ’élément chimique

III. Les électrons.1- Qu’est ce qu’un électron?2- Nombre d’électrons.

3- Répartition en couches. IV. Les masses dans l ’atome.

1- Calcul de la masse du noyau.2- Calcul de la masse des électrons.3- Calcul de la masse de l’atome.

IV. Qui a eu l ’idée de l ’atome?1- Les grecs (V° siècle Av.JC) 2- Dalton (1776 - 1844)3- Les expériences de Thomson et de Rutherford (1902 - 1909)

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I. Modèle de l ’atome pour la classe de seconde.

Une représentation simplifiée est appelée modèle.• Modèle de l ’atome:

– un noyau centralun noyau central (10-15 m soit 100 000 fois plus petit quel ’atome)

– des électronsdes électrons répartis encouches autour du noyau(10-10 m)

– du videdu vide. (la structure de la matière est essentiellement lacunaire)

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II. Le noyau

1- Constitution.– Le noyau est constitué

» de protonsprotons particules qui sont électriquement chargées positivement, dont la charge est q = 1,6.10-19 C

» de neutronsneutrons Particules électriquement neutres.

– Ces particules sont appelées des nucléonsnucléons.

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II. Le noyau

2 - Symbole du noyau.– Le nombre de charge ou numéro numéro

atomiqueatomique ZZ d ’un atome est le nombre de protons qu’il contient.

– Le nombre de nucléons ou nombre de masse d ’un noyau est représenté par la lettre AA.

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• Le nombre de neutrons N dans un noyau vaut donc

N = A - Z

Le noyau d ’un atome de symbole chimique X est représenté par

A

XZ

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• Compléter le tableau

exercice 1

Nom Symbole Nombre de protons

Nombre de neutrons

Nombre de nucléons.

Zirconium 4091Zr

Hydrogène 11H

Cobalt 2759Co

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II. Le noyau

3- Les isotopes• Dans un échantillon de cuivre, tous les atomes de cuivre ne sont

pas identiques. Ils ont tous le même nombre de protons, mais certains atomes ont 63 nucléons et d ’autres 65. Ces atomes sont dit isotopes.

On appelle isotope des atomes qui ont le même numéro atomique Z, mais des nombres de nucléons A différents.

63 Cu29

65 Cu29Même Z

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Le numéro atomique du fer est Z = 26 et son nombre de neutrons varie de 28 à 30 .

• Ecrire sous la forme X tous les représentants de cet élément.

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XAZ XAZ

A

Z

Exercice 3L'isotope le plus abondant du chlore s'écrit .

L'autre isotope a un nombre de neutrons égal à 20.

• Ecrire le symbole de cet isotope et donner la structure d'un de ses atomes.

35Cl17

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II. Le noyau

4- Définition de l’élément chimiqueOn donne le nom d’élément chimique à l ’ensemble des entités

chimiques (atomes, isotopes, ions) ayant le même numéro atomique Z

Un élément chimique est caractérisé par son numéro Un élément chimique est caractérisé par son numéro atomique Zatomique Z

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Exercice n°4• Parmi la liste suivante, regrouper les entités chimiques

appartenant au même élément chimique.• Trouver les symboles à la place des points d ’interrogation en

vous aidant de la classification périodique située à la dernière page de votre manuel

? ? ? ? ? ?

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124

52

124

50

123

52

124

54

115

50

129

54

III- Les électrons

1- Qu’est ce qu’un électron?• L ’électron est une particule chargée d ’électricité négative.chargée d ’électricité négative. Sa

masse est extrêmement petite:

mmee- = 9,1.10- = 9,1.10-31-31 kg kg

• Sa charge électrique est la plus petite charge possible qu’une particule peut posséder. On parle de la charge élémentaire notée On parle de la charge élémentaire notée e = 1,6.10e = 1,6.10-19-19 C C (C pour coulomb: unité de la charge électrique).

q (charge d ’un électron) = - eq (charge d ’un électron) = - e

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III- Les électrons

2- Nombre d ’électrons.Un atome est électriquement neutre. Donc le nombre de protons est

égal au nombre d ’électrons

• Donnez le nombre d ’électrons présents dans chacun des atomes suivants.

12 197 63 27

6C 79Au 29Cu 13Al

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III- Les électrons

3 - Répartition en couches.• Les électrons se répartissent autour du noyau sur plusieurs

couches. • Du centre vers l'extérieur:

– La couche K:La couche K: 2 électrons au maximum.

– La couche L:La couche L: 8 électrons au maximum.

– La couche M:La couche M: 18 électrons au maximum.

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exemple: (à lire)

• Répartissons ensemble les électrons d ’un noyau de magnésium 12Mg

Mg : 12 électrons

Plaçons d'abord 2 électronssur la couche K celle qui est la plus près du noyau.

24

12

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exemple:

• Répartissons ensemble les électrons d ’un noyau de magnésium 12Mg

Mg : (K)2

Reste 10 électrons à placer.

Remplissons la coucheL de 8 électrons.

24

12

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exemple:

• Répartissons ensemble les électrons d ’un noyau de magnésium 12Mg

Mg : (K)2 (L)8

Reste 2 électrons à placer.

La couche M peut contenir18 électrons mais il n'en reste que 2 à placer.

24

12

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Structure électronique d ’un atome de magnésium (à recopier)

24 Mg : (K)2 (L)8 (M)2

La couche interne est toujours la couche KLa couche externe est la dernière couche remplie

12

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Exercice n°6:

• Donner la structure électronique :

40

de l ’argon: 18Ar

11

du bore: 5B

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IV. Les masses dans l’atome.

1- Calcul de la masse du noyau.• Dans un noyau chaque nucléon a une masse 2000 fois plus grande

que celle d ’un électron c ’est à dire:

mmnn = 1,7.10 = 1,7.10 -27-27 kg kg.

Calculer la masse d ’un noyau de mercure

202

80Hg

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IV. Les masses dans l’atome.

2- Calcul de la masse des électrons.• La masse de chaque électron vaut

me = 9,1.10-31 kg

Calculer la masse des électrons présents dans un atome de mercure

202

80Hg

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IV. Les masses dans l’atome.

3- Calcul de la masse d ’un atome.• A quoi est égale la masse d ’un atome de mercure?

ConclusionConclusion:

Dans un atome, l ’essentiel de la masse est

concentré dans le noyau.

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IV. Qui a eu l’idée de l’atome?

1- Les grecs (v° siècle avant J.-C.)• Pour moitié les savants de la Grèce antique pensaient que la

matière résultait de la combinaison de quatre éléments: eau, air, terre, feu.

• Démocrite pensait que la matière était composée de minuscules et invisibles particules: Les atomes (atomos: qu’on ne peut diviser).

Les atomos

Sa théorie n ’était basée que sur des hypothèses.

Rien n ’avait été prouvé.

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IV. Qui a eu l’idée de l’atome?

2- Dalton (1766 - 1844).– Dalton (scientifique anglais) savait que la masse se

conservait au cours d ’une réaction chimique et pour expliquer ce fait il émet les hypothèses suivantes:

» la matière est constituée d ’atomes identiquesla matière est constituée d ’atomes identiques..

» Les éléments chimiques se différencient par des atomes Les éléments chimiques se différencient par des atomes de masses différentesde masses différentes.

Rien n ’est encore prouvé par l ’expérience.

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IV. Qui a eu l’idée de l’atome?

3- Les expériences de Thomson et de Rutherford.• En 1902 Thomson montre la présence de particules chargées

négativement dans l ’atome qu’il appelle électronsélectrons.• En 1911 Rutherford démontre que l ’atome contient:

– un noyau au centre.un noyau au centre.– des électrons qui gravitent autourdes électrons qui gravitent autour

du noyau.du noyau.– du vide entre les électrons et le noyaudu vide entre les électrons et le noyau.

Enfin les observations vérifient les hypothèses.

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En 1909, Marsden, Geiger et Rutherford entreprirent d’utiliser des particules (noyaux d’hélium), produites lors de la désintégration de noyaux radioactifs de radium, pour explorer la structure de l’atome. Ils bombardèrent pour cela une feuille d’or d’environ 0,6 m, placée dans une enceinte à vide, par un faisceau de particules focalisées par deux diaphragmes D1 et D2. Ils constatèrent que la grande majorité des particules traversent la feuille d’or sans être déviées. En effet, la tache observée sur l’écran fluorescent garde la même intensité avec ou sans feuille d’or interposée. Quelques particules sont légèrement déviées, comme en témoignent les impacts fluorescents sur l’écran.

Leur surprise fut de constater que certaines particules (une sur 20 à 30000) subissent de grandes déviations (supérieures à 90 degrés) et sont donc renvoyées vers l’arrière.Rutherford en déduisit (mais cela lui prit 2 ans de réflexion), que l’atome est constitué d’un noyau très petit par rapport à la taille de l’atome et qui concentre l’essentiel de la masse et toutes les charges positives, et d’un cortège électronique dont le volume est celui de l’atome.

Description de l'expérience de Rutherford.

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Félicitations

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