LE NOYAU ATOMIQUE

Le noyau est constitué des protons et des neutrons. On les appelle des nucléons.

Le proton est chargé d’électricité positive.

Charge du proton : q_p=e=1,6.10^-19C

Masse du proton : m_p=1,67.10^-27kg

Le neutron est électriquement neutre, il ne porte pas de charge électrique.

Charge du neutron : q_n=0

Masse du neutron : m_n=1,67.10^-27kg

Les protons sont les seuls responsables de la charge positive du noyau.

EXPERIENCE DE RUTHERFORD

L'expérience de la feuille d'or de Rutherford

Matériel utilisé :

• Source radioactive : Un morceau de radium (ou d'américium pour les versions modernes) est placé dans une boîte de plomb percée d'un petit orifice, créant un faisceau étroit de particules alpha.
• Cible : Une fine feuille d'or, choisie pour sa grande malléabilité qui permettait de la réduire à une épaisseur de quelques atomes.
• Détecteur : Un écran fluorescent en sulfure de zinc, placé autour de la feuille d'or, qui produit de minuscules éclairs de lumière (scintillations) lorsqu'il est frappé par une particule alpha.

Observations et résultats :

• La plupart des particules alpha (99,9 %) traversent la feuille d'or sans être déviées ou avec une déviation minime.
• Quelques particules sont déviées à des angles importants.
• Un très petit nombre de particules (environ 1 sur 8 000) rebondit carrément en arrière, comme si elles avaient heurté un obstacle dense. Rutherford a comparé ce résultat à celui d'un boulet de canon qui aurait rebondi sur une feuille de papier. 

Conclusions de Rutherford :

• L'atome est principalement composé de vide. Comme la grande majorité des particules alpha traverse la feuille d'or sans obstacle, la matière est une structure lacunaire, faite en grande partie de vide.
• La charge positive et la masse de l'atome sont concentrées dans un petit noyau. Pour expliquer les déviations importantes et les rebonds, il a fallu postuler l'existence d'un noyau central, dense et chargé positivement, capable de repousser fortement les particules alpha, elles aussi positives.
• Les électrons se trouvent en orbite autour du noyau, à grande distance. C'est le modèle planétaire de l'atome

LE MODELE ATOMIQUE DE RUTHERFORD

•  L’atome est composé en majeure partie de vide

•  La masse de l’atome est concentrée dans le noyau

•  Les particules de charge positive sont appelées protons et composent le noyau

•  Les électrons de masse négligeable et orbitent autour du noyau un peu comme des planètes autour du soleil

•  Leur charge électrique est égale à celle des protons, mais de signe contraire (négatif), ce qui fait que l’atome est globalement neutre

REPRESENTATION SYMBOLIQUE D’UN NOYAU ATOMIQUE

L’élément est représenté :
A : nombre de masse, il désigne le nombre de proton plus le nombre de neutrons.
Z : numéro atomique ou nombre de charge, désigne le nombre de proton.
N : nombre de neutron.
Donc, pour un élément de numéro atomique Z et de nombre de masse A, nous aurons :

Remarque :

· Dans un atome, le nombre d’électrons est égal au nombre de protons Z.

· Si l’élément est ionisé (chargé), le nombre d’électron est différent du nombre de protons.

Exemple ; l’atome de sodium Na possède 11 protons et 11 électrons

L’ion sodium Na⁺ possède 11 protons et 10 électrons

ISOTOPES

Les atomes qui ont le même numéro atomique Z, mais de nombre de masse A différents, sont des isotopes de l’élément de numéro atomique Z.

Exemple : et sont les isotopes de l’uranium

On appelle nucléide, l’ensemble des atomes dont le noyau possède le même nombre de charge et le même nombre de masse. Des nucléides isotopes appartiennent au même élément chimique.

EXERCICES

EXERCICE I:

1. L’atome d’oxygène possède 3 isotopes :;

Déterminer, pour chaque isotope, le nombre de charge Z, le nombre de masse A et le nombre de neutrons N.

2. L’uranium présente dans la nature deux isotopes : Uranium 235 et Uranium 238. Son noyau possède 92 protons.

21. Quel est le nombre de neutrons dans chaque isotope ?

22.Donner les représentations du noyau de l’atome d’uranium.

EXERCICE II:

On considère un atome de carbone dont le noyau est représenté par

1. Déterminer la composition du noyau de cet atome

2. Combien d’électrons possède-il ?

Ecrire sa formule électronique et sa représentation de Lewis

3. En utilisant la masse des particules donnée dans le cours, calculer :

-la masse du noyau

-la masse de l’atome

EXERCICE III :

1.   L’atome de sodium possède 11 électrons. Ecrire sa configuration électronique

2. L’atome d’hélium a pour notation symbolique. Ecrire sa configuration électronique

3. L’atome d’Argon appartient à la 18ème colonne de la 3ème période. Ecrire sa configuration électronique

4.   Le chlorure de sodium est composé des ions Cl- et Na+. Donner la configuration électronique de ces deux ions.
Données :

SOLUTIONS

EXERCICE I:

1.Pour Z=8 et A=16

A=Z+N => N=A-Z=16-8=8 neutrons

Pour Z=8 et A=17

A=Z+N => N=A-Z=17-8=9 neutrons

Pour Z=8 et A=18

A=Z+N => N=A-Z=18-8=10 neutrons

21. 142 et 146

22. et

EXERCICE II:

1. A=12, Z=6 et N=A-Z=12-6=6

2. Z=6 électrons . . //pour les atomes, le nombre de protons est égal au nombre d’électrons

Formule électronique : K²L⁴

et sa représentation de Lewis :

3.

-la masse du noyau : m_noyau=6m_p+6m_n=6(1,67.10^{-27 +}1,67.10^-27) =20,04. 10^{-27 kg}

-la masse de l’atome : m_atome=m_noyau +m_électrons=20,04.10^-27 + 6.9,1.10^-31=20,04.10^-27+54,1.10^-31=20,04.10^-27 +0,0054.10^-27=20,04054.10^-27 kg

//elle est pratiquement égale à celle de son noyau 20,04. 10^{-27 kg}.

EXERCICE III:

1.   Configuration électronique du sodium (Z=11) : K²L⁸M¹

2. Configuration électronique de (Z=2) : K²

3. Configuration électronique l’argon (Z=18) :K²L⁸M⁸

4.   Configuration électronique de Na⁺ : K²L⁸

Configuration électronique de Cl^- : K²L⁸M⁷

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