Au quatrième siècle avant notre ère, le philosophe grec Démocrite (voir image) a le premier l'intuition que la matière est constituée de "grains" de matière infimes, tellements petits que l'on ne pourrait pas les couper en deux, d'où leur nom de atomos qui signifie indivisible en grec.
Notre représentation de l'atome a bien évoluée par la suite, en particulier grâce au développement des techniques expérimentales qui permettent de confimer ou de remettre en cause une représentation.
La représentation (ou modèle) donnée ici est celle du physicien Rutherford (1909) qui compare l'atome à notre système solaire, elle permet d'aborder la structure de l'atome mais il faut garder à l'esprit que cette représentation n'est plus celle utilisée par les physiciens actuellement.

Constitution d'un atome

L'ensemble de la matière de l'univers, vivante ou inerte, est constituée de particules appellées atomes.

proton neutron électron

L'atome comprend deux parties : un noyau et des électrons en mouvement rapide autour de ce noyau. Cette représentation ressemble aux planètes du système solaire en mouvement autour du Soleil. animation en flash - Cliquez ici • Le noyau Il est constitué de protons de charge électrique positive, et de neutrons de charge électrique nulle. Ces particules qui constituent le noyau sont également appelées nucléons. • Le cortège électronique Il est constitué d'électrons de charge électrique négative qui gravitent autour du noyau.

La charge électrique d'un proton est appelée charge élémentaire, on la note e.
En t'aidant des valeurs données dans le tableau, répond aux questions :

Question : Compare la charge électrique d'un électron et celle d'un proton, leurs charges respectives sont :

égales ? opposées ?

Question : La masse du proton est plus grande que celle de l'électron, combien de fois est-elle plus grande environ ? :

20 fois ? 2000 fois ? 2 000 000 fois ?

Question : D'après la question précédente, la masse de l'atome est essentiellement concentrée dans :

le noyau ? le cortège electronique ?

Un atome est électriquement neutre (charge électrique globale nulle)

Question : D'après la propriété précédente, on peut dire que dans un atome il y a :

autant d'électrons que de protons autant de protons que de neutrons autant de neutrons que de protons

Dimensions de l'atome

Un atome peut être représenté par une sphère dont le rayon est de l'ordre de 10-10 m. Au centre de cette sphère, se trouve le noyau dont le rayon est de l'ordre de 10-15 m. Question : D'après les données ci-dessus, combien de fois le noyau est-il plus petit que l'atome entier ? 100 fois ? 1000 fois ? 10 000 fois ? 100 000 fois ?

Question : En conservant les mêmes proportions, si on assimile le noyau d'un atome à une balle de ping-pong de rayon R=1cm, à quelle distance de la balle l'électron va-t-il se trouver ? (on veut juste l'ordre de grandeur)

1 m 10 m 100 m 1000 m

Vous pouvez également imaginer une mouche posée au centre d'un terrain de foot et vous aurez une petite idée de cette immense disproportion entre le noyau et l'ensemble de l'atome. Les électrons gravitent à une très grande distance du noyau et entre les deux il n'y a que du vide. On dit que : L'atome a une structure lacunaire.

Le mètre n'est pas une unité adaptée aux dimensions de l'atome, on utilise parfois le :
nanomètre (symbole : nm) tel que : 1 nm = 10^-9 m

Question : Exprimez l'ordre de grandeur du rayon d'un atome 10^-10 m en nanomètre :

1 nm 0,1 nm 0,01 nm 0,001 nm

Numéro atomique et nombre de masse

Par définition on notera :

Z le numéro atomique d'un noyau, c'est le nombre de protons qu'il contient.
A le nombre de masse d'un noyau, c'est le nombre de nucléons (protons+neutrons) qu'il contient.

Ces deux nombres permettent de connaître complètement la composition du noyau. En effet :

Z est le nombre de protons
Le noyau contient A nucléons dont un nombre Z sont des protons, le restant N=A-Z est le nombre de neutrons

Représentation symbolique d'un atome

Le noyau d'un élément quelconque X s'écrit à l'aide de Z et A sous la forme suivante :

Question : L'atome de sodium

23 Na 11

contient :

11 23 34 12 protons et 11 23 34 12 neutrons.

Question : L'atome de zinc

65 Zn 30

contient :

30 65 35 95 neutrons et 30 65 35 95 électrons.

Question : L'atome de cuivre

63 Cu 29

contient :

29 63 34 92 protons et 29 63 34 92 nucléons.

Isotopie

A l'état naturel, les atomes d'un élément ne possèdent pas forcément la même composition de leur noyau. Comme un élément est défini par son numéro atomique Z, ils possèdent tous Z protons mais ils peuvent contenir un nombre de neutrons N différent.

Voici les atomes des trois isotopes de l'hydrogène pouvant exister :

Question : Quelle est la représentation symbolique correcte de ces isotopes ? :

Les isotopes d'un élément sont les atomes possédant le même numéro atomique Z mais un nombre de masse A différent.

Attention ! Certaines classifications périodiques d'éléments donnent Z et A. En principe, il ne devrait apparaître que Z mais le tableau donne le nombre de masse A de l'isotope le plus abondant.

Masse d'un atome

La masse d'un atome est égale à la somme des masses des particules qui le composent.

matome=	Z.mp	+	(A-Z).mn	+	Z.me
	masse des protons		masses des neutrons		masse des électrons

Calculez la masse d'un atome de fer (Z=26;A=56) en vous servant du calculateur ci-dessous. Complétez les cases vides puis cliquez sur le bouton pour obtenir le résultat : matome=x 1,6726.10-27+ x 1,6749.10-27+ x 9,1094.10-31=.10-27kg

La masse d'un électron est plus faible que celle d'un nucléon (environ 2000 fois plus faible), peut-on alors négliger la masse des électrons dans le calcul précédent ? Pour le vérifier, calculez la masse du noyau de l'atome de fer en utilisant le calculateur ci-dessous : mnoyau=x 1,6726.10-27+ x 1,6749.10-27=.10-27kg

Si vous ne vous êtes pas trompé, vous pouvez constater que les deux valeurs sont très proches. Par conséquent, masse d'un atome est concentrée dans son noyau. La masse du cortège électronique est négligeable.

m_atome ~ m_noyau = Z.m_p + (A-Z).m_n

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