Chapitre 1
La matière et ses constituants
I – Atomes et éléments
1) Les particules élémentaires
Caractérisée par sa masse, sa charge électrique, son spin. Sa trajectoire est connue (vitesse et
position mesurable simultanément). Sa variation d’énergie est supposée continue
On ne peut pas connaître simultanément la position et la vitesse d’une particule, dans l’infiniment
petit.
Atome = électrons (négatif) + noyau (positif)
Expérience de Thompson, 1898 : le nuage d’électrons est chargé négativement
Expérience de Rutherford, 1911 : noyau dense chargé positivement
Goldstein, 1886 : mise en évidence des protons dans noyau
Chadwick, 1932 : mise en évidence des neutrons dans noyau
Charge noyau = +Ze et électron = -e
Donc l’atome est neutre = noyau chargé +Ze et entouré de Z électrons de charge -e
Xn- = anion (a gagné n électrons)
Xn+ = cation (a perdu n électrons)
Lors d’une réaction chimique, seuls les électrons changent, pas le noyau
2) Les isotopes
Isotopes = Eléments chimiques ayant le même nombre de protons mais pas de nucléons, donc leur
nombre de neutrons est différent ,
o Exemple : l’hydrogène, le deutérium et le tritium
Abondance naturelle isotopique ai = fraction massique (% atomique) d’un isotope particulier dans un
élément naturel. Le total des abondances d’un élément est égal à 1
o Exemple : les isotopes du carbone sont
12C d’abondance ai = 0,989
13C d’abondance naturelle ai =0,011
14C d’abondance naturelle ai < 10-12 donc négligeable
On a par conséquent ∑ai = 0,989 + 0,011 = 1
Sur les 83 premiers éléments, tous possèdent au moins un isotope stable, sauf le technétium 43Tc et le
prométhium 61Pm
, Energie de cohésion des noyaux – énergie nucléaire
Système classique Réalité
La masse de l’atome est égale à la somme des La masse du noyau < somme des masses de
masses des particules qui le compose ces constituants
matome = ∑mp matome < ∑mp
Pourquoi ?
Il y a perte de masse (ou défaut de masse) Δm
Δm = (Z x mp + (A – Z)mn) – mnoyau > 0
mnoyau = matome – m(Ze-) = matome – Z x me
Lors de la formation du noyau :
o Il y a perte de masse Δm + libération d’énergie
o L’énergie libérée va être absorbée par les constituants du noyau
Energie de stabilisation du noyau Ee = Δm x c² avec c la célérité/vitesse de la lumière
La courbe d’Aston représente l’énergie de liaison moyenne par nucléon MeV (en J) en fonction du
nombre de masse A
A = nombre de masse = nombre de nucléons
La matière et ses constituants
I – Atomes et éléments
1) Les particules élémentaires
Caractérisée par sa masse, sa charge électrique, son spin. Sa trajectoire est connue (vitesse et
position mesurable simultanément). Sa variation d’énergie est supposée continue
On ne peut pas connaître simultanément la position et la vitesse d’une particule, dans l’infiniment
petit.
Atome = électrons (négatif) + noyau (positif)
Expérience de Thompson, 1898 : le nuage d’électrons est chargé négativement
Expérience de Rutherford, 1911 : noyau dense chargé positivement
Goldstein, 1886 : mise en évidence des protons dans noyau
Chadwick, 1932 : mise en évidence des neutrons dans noyau
Charge noyau = +Ze et électron = -e
Donc l’atome est neutre = noyau chargé +Ze et entouré de Z électrons de charge -e
Xn- = anion (a gagné n électrons)
Xn+ = cation (a perdu n électrons)
Lors d’une réaction chimique, seuls les électrons changent, pas le noyau
2) Les isotopes
Isotopes = Eléments chimiques ayant le même nombre de protons mais pas de nucléons, donc leur
nombre de neutrons est différent ,
o Exemple : l’hydrogène, le deutérium et le tritium
Abondance naturelle isotopique ai = fraction massique (% atomique) d’un isotope particulier dans un
élément naturel. Le total des abondances d’un élément est égal à 1
o Exemple : les isotopes du carbone sont
12C d’abondance ai = 0,989
13C d’abondance naturelle ai =0,011
14C d’abondance naturelle ai < 10-12 donc négligeable
On a par conséquent ∑ai = 0,989 + 0,011 = 1
Sur les 83 premiers éléments, tous possèdent au moins un isotope stable, sauf le technétium 43Tc et le
prométhium 61Pm
, Energie de cohésion des noyaux – énergie nucléaire
Système classique Réalité
La masse de l’atome est égale à la somme des La masse du noyau < somme des masses de
masses des particules qui le compose ces constituants
matome = ∑mp matome < ∑mp
Pourquoi ?
Il y a perte de masse (ou défaut de masse) Δm
Δm = (Z x mp + (A – Z)mn) – mnoyau > 0
mnoyau = matome – m(Ze-) = matome – Z x me
Lors de la formation du noyau :
o Il y a perte de masse Δm + libération d’énergie
o L’énergie libérée va être absorbée par les constituants du noyau
Energie de stabilisation du noyau Ee = Δm x c² avec c la célérité/vitesse de la lumière
La courbe d’Aston représente l’énergie de liaison moyenne par nucléon MeV (en J) en fonction du
nombre de masse A
A = nombre de masse = nombre de nucléons
