Notes de cours
L'atome
- Cours
- UE1
- Établissement
- Aix-Marseille (AMU)
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L'ATOMELes constituants de la matière
• Les cristaux et molécules (dimensions variables ; énergie dissociation ≈ 1 eV)
– formés d'atomes
• Les atomes (≈ 10-10m ; énergie dissociation ≈ 10 à 104 eV)
– formés d'un noyau et d'un cortège électronique
• Les noyaux (≈ 10-15m, énergie dissociation ≈ 106 eV)
– formés de nucléons : protons et neutrons
• Les hadrons (≈ 10-15m ; énergie dissociation ≈ 109 eV), classés en :
– Baryons (formés de 3 quarks) : proton, neutron, ...
– Mésons (formés de 2 quarks)
• Les particules élémentaires, ou fermions (≈ 10-18m)
– Leptons : électron, neutrino électronique, …
– Quarks (6 types différents)
(1 eV = 1,602 10-19 J)
Les différentes interactions
Gravitationnelle Electromagnétique Nucléaire faible Nucléaire forte
Particule/vecteur Graviton Photon Boson Gluon
Agit sur Toutes particules Particules chargées e-, p, n, … Quarks...
Portée Infinie Infinie < 10-15m < 10-15m
Importance relative 10-40 10-2 10-5 1
1
, I. La structure de l'atome
• L'atome est formé d'une partie centrale, le noyau, entouré d'une partie périphérique constituée
d'électrons
• L'ensemble, supposé sphérique, a une rayon de 10 -10m
• Le noyau est constitué de nucléons :
– les protons, porteurs d'une charge positive
– les neutrons, sans charge
• Le noyau est entouré d'un nuage d'électrons dont la charge est égale, mais de signe opposé, à
celle des protons
• Le nombre de protons caractérise un élément
• Les niveaux quantifiés d'énergie des électrons sont caractéristiques de l'atome considéré
• Le nombre de neutrons explique l'existence des isotopes (les isotopes sont des éléments
chimiques qui ont le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons).
A) Le noyau de l'atome
• Les nucléons sont reliés entre eux par des liaisons très fortes, et occupent un volume
extrêmement petit
• Le rayon du noyau est 100 000 fois plus petit que celui de l'atome
• Toute la masse de l'atome est pratiquement concentrée dans le noyau
• La masse du proton, pratiquement égale à celle du neutron, est égale à une unité de masse
atomique (UMA)
– correspondant au 12ème de la masse d'un atome de carbone (constitué de 12 nucléons)
A
Le noyau d'un atome est représenté par Z X
où :
• X est le symbole chimique de l'élément
2
, • A est le nombre total de nucléons (protons + neutrons)
• Z est le nombre de protons
A est appelé nombre de masse
Z est le nombre atomique ou numéro atomique ; il correspond au nombre de charge électriques
positives contenues dans le noyau.
Un exemple :
Le noyau d'aluminium naturel de symbole chimique Al :
27
13 Al
Il contient 27 nucléons : 14 neutrons + 13 protons, soit 13 charges +
Sa charge totale est +Ze
avec Z ici = 13, et e étant la charge électrique élémentaire
Éléments – Isotopes
• Un élément chimique est défini par le nombre Z de protons qui contient son noyau ; chacun de
ces éléments, ayant des propriétés chimiques bien définies, remplit l'une des cases de la
classification périodique de Mendeleïv
• Un même élément chimique peut être constitué de noyaux qui diffèrent entre eux par le
nombre de neutrons : on dit qu'il s'agit d'isotopes
• Ainsi l'hydrogène naturel est constitué de 3 isotopes : l'hydrogène (ou protium), le deutérium et
le tritium
1 2 3
1 H 1 H 1 H
stable radioactif
B) Les électrons
• Le noyau est entouré d'un nuage électronique constitué de particules élémentaires, les
électrons, dont la charge e est égale et de signe opposé à celle du proton
• Le nombre d'électrons présents dans l'atome, égal au nombre Z de protons du noyau, assure la
neutralité électrique de l'atome
• La masse de l'électron et environ 1 800 fois plus faible que celle du proton
• Les électrons sont maintenus autour du noyau par des forces de liaisons électrostatiques
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