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Chapitre 6: Éléments chimiques dans l'Univers

Le modèle de l'atome

Un atome est constitué:

  • un noyau( 1 0 − 15 m 10^{-15}m ) chargé positivement,
  • un nuage d'électrons( 1 0 − 10 m 10^{-10}m ) chargés négativement.

Helium atom ground state.
By User:Yzmo - Own work, CC BY-SA 3.0, Link

Le noyau est constitués de nucléons:

  • les protons chargés positivement,
  • les neutrons qui sont électriquement neutres.

Propriétés de l'atome

Le numéro atomique Z d'un élément chimique est le nombre de protons, il définit l'élément chimique.

  • Z=1: l'hydrogène
  • Z=6: le carbone
  • Z=29: le cuivre

Un atome est électriquement neutre, il possède autant d'électrons que de protons.

La charge élémentaire

Les protons et les électrons ont une charge électrique égale et opposée, cette valeur est appelée charge élémentaire : e = 1,6×10-19 C.*

  • l'atome de cuivre contient 29 protons et 29 électrons.

Par contre, un ion est chargé, il provient d'un atome ou un groupe d'atomes qui a gagné ou perdu des électrons.

  • l'ion cuivre II C u 2 + Cu^{2+} contient 29 protons et 27 électrons.

Les isotopes

Il existe dans la nature, différents noyaux pour un même élément chimique. On appelle ces noyaux des isotopes.

Vidéo Atomes et isotopes sur Universciences

Isotopes

Des noyaux sont isotopes s'ils possèdent le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons.

  • Isotopes de l'uranium
  • isotopes de l'hydrogène

Notation du noyau de l'atome

Z A X {}_{Z}^{A}X
  • X X : Symbole de l'élément chimique
  • Z Z : Numéro atomique
  • A A : Nombre de nucléons(protons et neutrons)
  • 6 12 C {}_{6}^{12}C
  • 6 14 C {}_{6}^{14}C
  • 29 63 C u {}_{29}^{63}Cu
  • 29 65 C u 2 + {}_{29}^{65}Cu^{2+}

Structure électronique d'un atome

Les électrons de l'atome se répartissent sur des couches électroniques de plus en plus éloignées du noyau.

  • La couche K est la plus proche du noyau, elle ne peut accueillir que 2 électrons.
  • La couche L ensuite ne peut accueillir que 8 électrons.
  • La couche M ensuite ne peut accueillir que 18 électrons.

Les électrons se placent préférentiellement sur les couches les plus proches du noyau.

Structure électronique des 18 premiers éléments du tableau

Wikimedia Commons

  • Atome d'oxygène(Z=8): K2L6 Structure électronique de l'oxygène
  • Atome de sodium(Z=11): K2L8M1 Structure électronique du sodium

Stabilité des atomes et ions

Règles de stabilité

Les atomes « cherchent » à acquérir une structure électronique stable semblable à celle du gaz noble(He, Ne, Ar...) le plus proche dans la classification.

  • He :
  • Ne :
  • Ar :

Règle du duet : les éléments proches de l'hélium(Z=2) cherchent à acquérir une structure électronique K2

Règle de l'octet : les éléments proches du néon ou de l'argon cherchent à acquérir une structure électronique à 8 électrons sur la couche externe : K2L8 ou K2L8M8.

Cas des ions monoatomiques

Les atomes instables peuvent se stabiliser en gagnant ou en perdant un ou plusieurs électrons pour former des ions monoatomiques.

  • L'ion lithium :
  • L'ion berylium :
  • L'ion sodium :
  • L'ion oxyde :
  • L'ion chlorure :