Un atome, c’est un noyau de protons et de neutrons entouré d’électrons, dont la masse et l’énergie sont liées par une relation que tu vas découvrir dans cette fiche : le défaut de masse. Cette notion, au programme de 2de, explique pourquoi les centrales nucléaires libèrent autant d’énergie à partir d’une si petite quantité de matière.
Neutralité électrique, variantes de nucléons, défaut de masse et énergie de liaison forment un socle cohérent : chaque notion s’appuie sur la précédente pour expliquer, au bout du compte, comment fonctionnent la fission et la fusion nucléaires. De quoi réviser efficacement ce chapitre des sciences physiques avant un contrôle !
Qu’est-ce qu’un atome ? Ce qu’il faut savoir 🔬
Un atome est constitué d’un noyau, formé de protons et de neutrons, entouré d’un cortège d’électrons qui gravitent autour de lui. Ce dernier, électriquement positif, en est séparé par du vide : on parle d’organisation lacunaire, sa taille étant très petite comparée à celle de l’ensemble.
⚛️ Le noyau et le cortège électronique
Le noyau rassemble deux types de nucléons : les protons, chargés positivement, et les neutrons, électriquement neutres.
Leur nombre définit le numéro atomique Z, propre à chaque famille d’éléments. Le nombre de masse A correspond, lui, au total de particules présentes dans ce même ensemble.
Cette description de la constitution des atomes structure la progression du programme, du collège jusqu’au lycée, selon les ressources d’accompagnement publiées par Éduscol pour le cycle 4.
Z compte uniquement les protons, A compte tous les nucléons (protons + neutrons).
Le nombre de neutrons se calcule donc simplement avec A - Z.
🔢 118 éléments dans le tableau périodique
Chaque espèce de même nature reçoit un symbole propre, toujours composé d’une lettre majuscule parfois suivie d’une minuscule.
Depuis la confirmation officielle du 28 novembre 2016 par l’IUPAC (ajout du nihonium, du moscovium, du tennesse et de l’oganesson), le tableau périodique standard en compte
de l’hydrogène à l’oganesson.
Le tableau périodique compte
éléments recensés depuis la confirmation IUPAC du 28 novembre 2016
Quelles règles respecter pour décrire un atome ? ⚖️
À l’état neutre, un atome compte exactement autant de protons que d’électrons : les charges positives du noyau et les charges négatives du cortège se compensent. Cette neutralité électrique de la matière est l’une des notions clés du programme en classe de 2de, selon les ressources publiées par Éduscol pour la voie générale et technologique.
🧲 La neutralité électrique de l’atome
Tant qu’aucun électron n’est gagné ou perdu, il reste électriquement neutre : le nombre de charges positives égale toujours celui du cortège qui l’entoure. Cette propriété sert de point de départ pour comprendre ce qui distingue un atome d’un ion.
Compare le nombre de protons (fixe) au nombre d’électrons (variable).
Autant d’électrons que de protons : atome neutre. Un électron en plus ou en moins : ion.
🔀 Isotopes et ions : ce qui peut varier
Deux atomes de même famille peuvent différer par leur nombre de nucléons neutres : on parle alors de deux variantes du même élément, qui partagent le même numéro atomique Z mais un nombre de masse A distinct. À l’inverse, un ion se forme quand l’un d’eux gagne ou perd un ou plusieurs électrons, ce qui rompt sa neutralité et lui donne une charge, positive ou négative selon le sens de l’échange.
Comment relier charge, masse et transformations nucléaires ? 🧮
Elle est toujours inférieure à la somme des masses de ses nucléons pris séparément : cette différence, appelée défaut de masse, est directement liée à l’énergie qui le maintient assemblé, l’énergie de liaison.
📉 Le défaut de masse, une différence mesurable
Si l’on additionne séparément les masses de tous les nucléons qui le composent, on obtient une valeur toujours supérieure à celle de l’ensemble assemblé. Cette différence positive est le défaut de masse :
Avec Z le numéro atomique, A le nombre de masse, mₚ la masse d’un proton et mₙ la masse d’un neutron.
🔗 L’énergie de liaison, la clé de la stabilité du noyau
Selon le principe d’équivalence masse-énergie posé en
ces deux grandeurs sont proportionnelles, reliées par la relation :
L’énergie de liaison correspond à celle qu’il faudrait fournir pour le dissocier complètement en particules isolées et immobiles :
Plus l’énergie de liaison par nucléon est élevée, plus l’ensemble est stable.
C’est cette énergie, libérée ou absorbée lors d’une transformation, qui explique la puissance des réactions de fission et de fusion.
Comment exploiter l’énergie atomique ? Le cas du nucléaire ☢️
L’énergie nucléaire se libère par
mécanismes opposés :
La fission
Qui casse un ensemble lourd en fragments plus légers
La fusion
Qui unit des noyaux légers pour former un ensemble plus lourd
Dans les deux cas, une partie se transforme en énergie selon la relation d’Einstein.
💥 La fission, rupture d’un noyau lourd
La fission est une réaction au cours de laquelle un noyau lourd se scinde en deux fragments plus légers sous l’impact d’un neutron. Les corps capables de subir cette transformation sont dits fissiles ; elle libère à son tour deux ou trois neutrons, ce qui peut entraîner une réaction en chaîne si elle n’est pas maîtrisée.
☀️ La fusion, union de noyaux légers
La fusion est une réaction au cours de laquelle des noyaux légers s’unissent pour former un ensemble plus lourd. C’est le principe à l’œuvre dans les étoiles, où des températures extrêmement élevées permettent d’amorcer cette réaction.
Ce phénomène s’inscrit dans la continuité des travaux sur la radioactivité menés par Marie et Pierre Curie, qui reçurent le prix Nobel de physique en
(partagé avec Henri Becquerel), avant que Marie Curie ne reçoive seule le prix Nobel de chimie en 1911 pour la découverte du polonium et du radium.
Marie Curie devint ainsi la première personne à recevoir deux prix Nobel, selon la fondation Nobel.
Elle reçut en 1903 le prix Nobel de physique et en 1911 le prix Nobel de chimie. C’était la première femme à recevoir ce genre de distinction et encore à ce jour elle est la seule à en avoir reçu deux.
The Nobel Prize, à propos de Marie Curie
| Grandeur | Notation | Ce qu’elle compte ou mesure |
|---|---|---|
| Numéro atomique | Z | Le nombre de protons, propre à chaque famille d’éléments |
| Nombre de masse | A | Le total des nucléons du noyau (protons et neutrons) |
| Nombre de neutrons | A - Z | Les nucléons électriquement neutres du noyau |
| Défaut de masse | Δm = Z × mₚ + (A - Z) × mₙ - m(noyau) | La différence, toujours positive, entre la somme des nucléons séparés et le noyau assemblé |
| Énergie de liaison | Eₗ = Δm × c² | L’énergie à fournir pour dissocier complètement le noyau, plus elle est élevée par nucléon, plus le noyau est stable |
Quelques exercices ✏️
Tu trouveras le sujet complet de ces exercices sur la structure de l’atome dans cette fiche dédiée au modèle atomique.
Exercice 1
Donne la formule chimique de chaque molécule suivante !
Il s’agit d’une molécule qui s’appelle le dihydrogène.
H₂
Il s’agit d’un atome d’oxygène.
O
Il s’agit d’une molécule qui s’appelle le dioxyde de carbone.
CO₂
Il s’agit d’un atome de fer.
Fe
Il s’agit d’une molécule qui s’appelle le diazote.
N₂
Exercice 2
Donne le nom de la molécule associée ainsi que le détail de ce qui la compose.
C₂H₆O
Cette molécule est composée de 2 atomes de carbone (C), 6 atomes d'hydrogène (H) et 1 atome d'oxygène (O). Il s'agit de l'éthanol.
H₂SO₄
Cette molécule est composée de 2 atomes d'hydrogène (H), 1 atome de soufre (S) et 4 atomes d'oxygène (O). Il s'agit de l'acide sulfurique.
C₆H₁₂O₆
Cette molécule est composée de 6 atomes de carbone (C), 12 atomes d'hydrogène (H) et 6 atomes d'oxygène (O). Il s'agit du glucose.
C₄H₈Cl₂
Cette molécule est composée de 4 atomes de carbone (C), 8 atomes d'hydrogène (H) et 2 atomes de chlore (Cl). Il s'agit du dichlorobutane.
NH₃
Cette molécule est composée de 1 atome d'azote (N) et 3 atomes d'hydrogène (H). Il s'agit de l'ammoniac.
C₉H₈O₄
Cette molécule est composée de 9 atomes de carbone (C), 8 atomes d'hydrogène (H) et 4 atomes d'oxygène (O). Il s'agit de l'aspirine ou acide acétylsalicylique.
C₂₀H₂₄N₂O₂
Cette molécule est composée de 20 atomes de carbone (C), 24 atomes d'hydrogène (H), 2 atomes d'azote (N) et 2 atomes d'oxygène (O). Il s'agit de la quinine.
H₂PO₄
Cette espèce chimique est composée de 2 atomes d'hydrogène (H), 1 atome de phosphore (P) et 4 atomes d'oxygène (O). Il s'agit du groupe ou ion dihydrogénophosphate.
Exercice 3
Nomme la molécule présentée.
CO₂
Il s'agit de la molécule de dioxyde de carbone.
N₂
Il s'agit de la molécule de diazote.
HNO₃
Il s'agit de la molécule de l'acide nitrique.
CO
Il s'agit de la molécule de monoxyde de carbone.
H₂
Il s'agit de la molécule de dihydrogène.
SO₂
Il s'agit de la molécule de dioxyde de soufre.
Exercice 4
Donne la formule chimique brute.
Trioxygène
Sa formule chimique est O₃. (Il s'agit de la molécule d'ozone, composée de trois atomes d'oxygène).
Trioxyde de soufre
Sa formule chimique est SO₃. (Composée d'un atome de soufre et de trois atomes d'oxygène).
Monoxyde d’azote
Sa formule chimique est NO. (Composée d'un atome d'azote et d'un atome d'oxygène).
Dichlore
Sa formule chimique est Cl₂. (Composée de deux atomes de chlore).
Exercice 5
Nomme les molécules suivantes et donne leur composition atomique.
C₂H₄
Il s'agit de la molécule d'éthène (ou éthylène). Elle est composée de 2 atomes de carbone et 4 atomes d'hydrogène.
C₃H₆
Il s'agit de la molécule de butène. Elle est composée de 4 atomes de carbone et 8 atomes d'hydrogène.
Pentène, C₅H₁₀
Cette molécule est composée de 5 atomes de carbone et 10 atomes d'hydrogène.
Hexène, C₆H₁₂
Cette molécule est composée de 6 atomes de carbone et 12 atomes d'hydrogène.
C₄H₈
Il s'agit de la molécule de butène. Elle est composée de 4 atomes de carbone et 8 atomes d'hydrogène.
Retenir ces mécanismes, car la neutralité électrique et le défaut de masse te donne toutes les clés pour comprendre la fission et la fusion, deux notions centrales du programme de 2de !
Sources 📚
- Éduscol (Ministère de l’Éducation nationale). "Ressources d’accompagnement du programme de physique-chimie au cycle 4." 2016, https://eduscol.education.gouv.fr/5739/ressources-d-accompagnement-du-programme-de-physique-chimie-au-cycle-4.
- Éduscol (Ministère de l’Éducation nationale). "Programmes et ressources en physique-chimie, voie GT." 2019, https://eduscol.education.fr/1648/programmes-et-ressources-en-physique-chimie-voie-gt.
- IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). "Periodic Table of Elements." 2016, https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/.
- The Nobel Prize (Fondation Nobel). "Marie and Pierre Curie and the Discovery of Polonium and Radium." 1903/1911, https://www.nobelprize.org/prizes/themes/marie-and-pierre-curie-and-the-discovery-of-polonium-and-radium/.
Résumer avec l'IA :
Vous avez aimé cet article ? Notez-le !
Loading...
Si vous désirez une aide personnalisée, contactez dès maintenant l’un de nos professeurs !
Bonjour j’ai été satisfaire pour la région en ligne.
[b]Excercice 2:[/b]
H) la formule brute de l’acide phosphorique est bien H3PO4
Devoir très intéressant, merci ^^