Toute matière est formée d’atomes. Les atomes sont des particules de dimensions approximativement sphérique,
de diamètre très petit de l’ordre de 1 Angström 10-10 [ m].
L’atome d’hydrogène dont le diamètre est d’environ 10-10 [ m ] ou d’un dix millionièmes de millimètres, soit
10 millions d’atomes rangés les un à côtés des autres représenteraient une longueur de 1 millimètre.
On comprend ainsi que les atomes sont très petits et que dans une petite quantité de matière on a un nombres
extraordinairement grand d’atomes. Dans un gramme d’hydrogène on a 6,02.10-23 atomes .
L’atome (graine de matière) est neutre du point de vue électrique.
L’atome est constitué de trois particules fondamentales:
Le proton
Le neutron
L’électron
Les atomes se différencient entre eux par le nombres de ces trois particules.
Le proton à une masse 1,67.10-24 [ g ] liée à une charge positive élémentaire de 1,60.10-19 [ coulomb ]. Le nombre
de proton correspond au numéro atomique Z.
Le neutron à une masse de 1,67.10-24 [ g ] mais comme son nom l’indique il ne possède pas de charge électrique.
Le nombre de neutrons est symbolisé par la lettre N.
Les protons et les neutrons sont liés entre eux et constituent le noyau de l’atome, on les appelle des nucléons. Le
noyau est toujours positif.
Les électrons sont des particules très légères (1/1840 de la masse du proton) Ils possèdent une charge électrique
négative de 1,60.10-19 [coulomb] ( identique à celle du proton mais de signe contraire ).
Les électrons oscillent (sont en mouvement très rapide) autour du noyau, dans des zones privilégiées
(appelées orbitales) de formes diverses.
L’atome étant neutre; il y a autant de protons que d’électrons.
Les électrons sont très léger, leur masse est négligeable par rapport à celle des protons et des neutrons. On peut
considérer que la masse d’un atome est concentrée dans son noyau.
Le nombre de proton et de neutron de l’atome constitue la masse atomique relative A de l’atome.
A = Z + N
En résumé
|
Lieu |
Particules |
Masse (relatives) |
Charge |
|
Noyau |
protons ( Z ) |
1 |
+ 1 |
|
Noyau |
neutron ( N ) |
1 |
0 |
|
Orbitales |
électrons ( Z ) |
0 |
-1 |
On a identifié 92 éléments, dits éléments naturels, se trouvant dans la nature. Pour simplifier, on représente les
éléments chimiques par des symboles composé d’une lettre majuscule et parfois d’une lettre minuscule. Les lettres
correspondent aux initiales des noms en français, latin ,allemand, etc.
- Al pour Aluminium
- Au pour Or ( Aurum )
- Sn pour Étain ( Stanium )
- K pour Potassium ( Kalium )
Le symbole représente en fait un atome de l’élément considéré.
Les électrons sont répartis dans des couches ( n ) désignées par des lettres K , L , M , N ...
ou par les nombres 1 , 2 , 3 , 4 ...
Le nombre d’électrons pouvant se trouver dans les divers couches est donné par
2 n 2 (n numéro de couche)
- couche K : 1ere couche 2.12 = 2 é
- couche L : 2eme couche 2.22 = 8 é
- couche M : 3eme couche 2.32 = 18 é
- couche N : 4eme couche 2.42 = 32 é
Les couches 5 (ou 0) 6 (ou P) 7 (ou Q) ne sont jamais complètes (cf. tableau périodique)
D’autre part, la dernière couche, sauf pour H et He qui eux ne contiennent que deux électrons, ne contiennent jamais
plus de 8 électrons.
On représente cette structure sur un tableau que l’on appelle tableau des niveaux énergétiques.
Les électrons se déplacent dans l’espace et subissent par le noyau une attraction électrostatique.
On ne peut préciser exactement la position; mais par contre on peut délimiter une zone dans l’espace dans laquelle
un électron d’une énergie donnée a la chance de se trouver. C’est l’orbitale.
Elle peut contenir au maximum deux électrons. Il existe plusieurs formes d’orbitales (4 qui sont déterminée par le
calcul et deviennent de plus en plus complexes). On désigne les orbitales par des lettres s , p , d , f .
Les électrons se répartissent dans les différentes couches (n) qui se subdivisent en plusieurs sous couches qui
correspondent aux orbitales.
Les deux électrons contenus dans une même orbitale se différencient par leurs spin (sens de rotation sur eux mêmes)
Chaque électrons de l’atome est caractérisé par 4 facteurs appelés nombres quantiques.
n = la couche
I = la sous couche
m = l’orientation de l’orbitale et le spin
III.6 PRINCIPE D’ EXCLUSION DE PAULI
Il ne peut y avoir dans un même atome deux électrons identiques (même nombre quantique).C’est la raison pour
laquelle deux électrons d’une même orbitale tourne obligatoirement sur eux même en sens inverse, on dit qu’il sont
de spin opposé et on les représentes:
= électron ‚ = orbitale
1. Les électrons cherchent toujours à occuper les niveaux d’abord d’énergie minimum.
2 . Une orbitale d’une sous couche ne peut recevoir deux électrons avant que toutes les orbitales de cette sous
couche n’aient reçu un électron (règle de Hund).
Les éléments constituent l’ensemble des atomes ayant le même numéro atomique Z (nb. de protons contenus dans
le noyau).
Par l’analyse (au spectrographe de masse) on a pu déterminer que les atomes d’un même élément ne possèdent pas
tous la même masse atomique.
Puisqu’ils ont le même numéro atomique cela signifie qu’ils diffèrent par le nombres de neutrons.
Les isotopes d’un même élément portent le même nom (sauf pour l’hydrogène)
On représente les isotopes selon:
Le numéro atomique est placé en bas à gauche du symbole. La masse atomique est placée en haut à gauche.
La masse moyenne est calculée en fonction de la proportion des isotopes existants.
Exemple : dans la nature on trouve l’élément chlore sous forme de deux isotopes
75,53 % de 35Cl
24,47 % de 37Cl
moyenne pondérale : 35,45 (35 * 75,53 % + 37 * 24,47 %)
Cette masse ce retrouve dans le chlore provenant du NaCl (eau de mer) et HCl (gaz volcanique)