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Chapitre : Modèle de l’atome

Par Clément M le 03/05/2009 Ressources > Physique-Chimie > Seconde > Le Modèle de l’Atome

Petite historique

De l’Antiquité : Tout a commencé il y a 2500 ans avec une premiere hypothèse qui est que  » si on découpe un échantillon de matière en éléments de plus en plus petits , on finit par atteindre une limite non fragmentable. »(Démocrite)

Cet échantillon prendra donc le nom « d’atome » qui vient du grec « insécable » qui veut dire « plus petit élément constituant la matière ».

Aujourd’hui : C’est au XIXéme siècle que l’idée de l’atome sort de la philosophie et deviens une réalité chez les physiciens ! Plusieurs expériences ont permit d’établir son existance ainsi que sa composition cependant à ce qu’implique son étymologie , l’atome peut être « brisé ».

Les physiciens ont donc découvert que l’atome est électriquement neutre ( c’est à dire qu’il y a autant d’électrons « chargé négativement » que de protons « chargé positivement » ) qui est constitué :

-d’un noyau, massif, de charge globale positive,

-d’électrons, très légers par rapport au noyau, de charge négative.

Les scientifiques ont eu beaucoup du mal à surmonter pour comprendre l’agencement de ces éléments constitutifs au sein de l’atome. Plusieurs modèle furent proposés pour pouvoir expliquer la position des électrons par rapport au noyau :

– le modèle planétaire, avec le noyau au centre et les électrons tournant autour;

-les modèles modernes, dans lesquels la position des électrons n’est plus déterminée à chaque instant.

Le noyau atomique

C’est depuis 1932 que l’on sait que le noyau atomique est constitué de deux sortes de nucléons :

-les protons, chargés positivements, au nombre de Z ( qui est le donc le nombre de protons dans le noyau qui est encore appelé numéro atomique

-les neutrons, électriquement neutres, au nombre de N

Il y a A nucléons dans le noyau, de sorte que : A = Z+N

Caractéristiques des nucléons et électrons

 

Masse (kg)Charge (C)
Proton1.673 * 10^-271.602 * 10^-19
Neutron1.675 * 10^-270
Électron9.109 * 10^-31-1.602 * 10^-19

La masse est exprimé en Kilogramme (kg)

La charge est exprimé en Coulomb (C)

B) On appelle  mp et mn les masses respectives d’un proton et d’un neutron, la masse du noyau est : mnoyau = Z * mp + N * mn puisqu’il y a Z protons et N neutrons dans le noyau.

On constate que d’aprés le tableau « Caractéristiques des nucléons et électrons » que les masses des protons et des neutrons ont la même valeur si on l’arrondit au centième prés (0.01). On peut donc dire que mp ≈ mn on peut donc dire que :

mnoyau = Z * mp + N * mn ≈ (Z + N) * mp = A * mp

Remarque : La masse du noyau s’obtient en multipliant la masse d’un nucléon (mp ou mn) par le nombre de nucléon noté A.

C)Quelques dimensions à connaître :

-Un noyau a un diamètre de l’ordre de 1 * 10^-15 m, c’est-à-dire un femtomètre.

-L’atome ayant un diamètre d’environ 1 * 10^-10 m, soit un nanomètre ; on constate donc que le noyau est cent mille fois plus petit que l’atome.

-Entre le noyau et le cortège électronique, il n’y a donc que du vide, ce que l’on peut montrer expérimentalement.

La matière est essentiellement constituée de vide. On dit qu’elle présente une structure lacunaire.

Remarque : Si on supprimait tout le vide contenu dans la matière qui constitue l’humanité, cette matière tiendrait dans un dé à coudre.

Le cortège électronique

A)L’atome est électriquement neutre.

Le proton et l’électron ayant des charges électriques opposées, notées respectivement +e et -e, si on veut neutraliser la charge électrique représentée par les Z protons du noyau, il faut donc Z électrons dans le cortège électronique.

Remarque : Afin de respecter la neutralité électrique de l’atome, on peut donc dire que le cortège électronique doit contenir Z électrons.

Un exemple simple : le noyau de l’atome d’oxygène possède 8 protons, donc Z = 8 (donc le numéro atomique de l’oxygène est 8).Comme il y a Z électrons, son cortège électronique est donc constitué de 8 électrons.

B)Masse du cortège électronique

La masse d’un proton est 1840 fois plus garde que celle d’un électron. Donc ceci est aussi vrai pour la masse du neutron avec l’électron. C’est pour cela qu’on peut déduire que la masse de l’atome est concentré dans le noyau.

Remarque : -La masse du cortège électronique est négligeable face à celle du noyau.

-La masse d’un atome est sensiblement égale à celle de son noyau.

-Le numéros atomique suffit donc à déterminer le nombre d’électron du cortège d’un atome-

L’élément chimique

A)Il faut savoir ce qu’est un isotope, voila la définition : »Deux noyau sont isotopes l’un de l’autre s’ils ont le même nombre de protons mais pas le même nombre de nucléons. »

Un exemple :

-L’hydrogène, de numéros atomique Z=1, possède trois isotopes qui seront utilisés dans l’énergie nucléaire du futur.

Voila un lien pour l’hydrogène : http://www.cea.fr/UserFiles/Image/N1_Schema_02A.jpg

B)Maintenant la définition des ions monoatomiques : » Un ion est un atome ayant perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.

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