Atomistique

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Dernière mise à jour : 2016-02-01

1. L'atome

L'atome est constitué :

1.1. le nucléide

La symbolisation d'une espèce atomique est appelée le nucléide

A
      X
Z

A représente le nombre de masse de l'atome : A = Z + N ( N nombre de neutrons n'étant pas symbolisé et N = A - Z )
X est le symbole de l'atome ( Ex: K : potassium, O : oxygène etc ... )
Z est le numéro atomique, il donne le nombre de charges.

1.2. L'atome : trois types de particules : protons, neutrons et électrons

  Proton Neutron Electron
charge positive : 1.602 x 10-19 C neutre négative : 1.602 x 10-19 C
masse au repos m = 1.0672 x 10-27 Kg = 1.00727 u.m.a. m = 1.674 x 10-27 Kg = 1.00866 u.m.a. m = 9.109 x 10 -31 Kg
symbole dans le nucléide Z N Z

N.B : On remarquera que l'électron est 2000 fois plus léger que le neutron

2. Masse atomique

C'est le noyau qui concentre la quasi totalité de la masse de l'atome. On définira la masse atomique d'un élément ( d'un nucléide ) en faisant la moyenne des masses atomiques de ses différents isotopes pondérées par l'abondance isotopique de chaque représentant du nucléide.
Exemple : C à l'état naturel est constitué de deux isotopes stables 12C à 98.89%, 13C à 1.11% - sa masse atomique sera alors sensiblement égale a 12.0107 U.M.A

Enfin la masse molaire atomique correspondra a la masse d'une mole d'un nucléide
Exemple : la masse d'une mole de C est égale a 12.0107g

2.1. L'U.M.A. : Unité de Masse Atomique

Pour définir l'u.m.a. on utilise le nombre d'avogadro Na = 6.022x1023 qui correspond au nombre d'atomes contenus dans 12.0g de carbone 12. On notera également que l'u.m.a est égale à 1/12ème de la masse de l'isotope 12C.
ainsi 1 u.m.a. = 10-3 Kg/Na = 1.6606 x 10-27 Kg

2.2. le rapport masse et énergie

On appelle défaut de masse la différence entre la masse d'un noyau et la somme des masses des particules qui le composent :
exemple avec le 12C: Z = 12 donc N = 6 et A = 6

Sous forme de fraction de leurs masses, les constituants d'un noyau permettent la formation de ce dernier en libérant une grande quantité d'énergie.

En notant Δm le défaut de masse lors de la formation d'un noyau on peut écrire ce que l'on appelle le principe d'équivalence masse-énergie donné par la relation d'Einstein :

ΔE = Δmc2
C : la vitesse de la lumière
et
ΔE l'energie de liaison du noyau

3. La radioactivité

cf. cours de biophysique (à paraître)

4. Différents modèles de l'atome

4.1. Modèle de Rutherford

D'après Rutherford la totalité de la charge positive d'un atome se situe en son noyau, et la charge négative gravitant tout autour est portée par les électrons

Ce modèle pose néanmoins deux problèmes :

4.2. Modèle de Bohr

Ce modèle a pour objectif de comprendre la distribution des différents électrons autour du noyau et de déterminer l'énergie électronique des électrons
Ce modèle reposant sur le principe suivant : autour du noyau l'électron circule dans une orbitale.

4.2.1. la théorie de Bohr

la théorie des quanta, rappels :

D'après Planck la plus faible énergie qui puisse être échangée est le quantum et on obtient la relation suivante, dite d'Einstein-Planck :

ΔE = hν
h est la constante de Plank
et
ν la fréquence des radiations émises ou absorbées

D'après la théorie de Bohr :

4.3. Par la mécanique ondulatoire

c'est en associant aspect corpusculaire et ondulatoire de la lumière que l'on peut interpréter ces phénomènes optiques
un rayonnement se propagera comme une onde de longueur d'onde λ mais paradoxalement il s'y associera un déplacement de particules, des photons transportant de l'énergie

4.3.1. Quatre nombres quantiques

L'état d'un électron est défini par 4 nombres quantiques :

n l m  
1 0 0 1 orbitale 1s = 1 case quantique
2 0 0 1 orbitale 2s = 1 case quantique
  1 -1  
  1 0 3 orbitale 2p = 3 cases quantiques
  1 +1 (2px, 2py, 2pz)

4.3.2. Notion et représentation des orbitales atomiques

4.3.2.1. Notion d'orbitale

On appelle orbitale atomique la région dans laquelle on a 95% de chance de trouver l'électron qui lui est propre

4.3.2.2. Représentation des orbitales

Une orbitale atomique est définie par une fonction mathématique Ψ, l'orbitale étant définie par les nombres quantiques n, l, m : Ψn, l, m
Ψ est une solution de l'équation de Schrödinger

dp = |Ψ2|dV

4.3.3. Atomes polyélectronique

la disposition des électrons autour de l'atome dépend de trois facteurs

4.3.3.1. Le stabilité électronique

Afin que l'atome possède l'énergie la plus basse possible, les électrons possèdent à l'état fondamental les niveaux d'énergie les plus bas. Les électrons s'organisent dans les orbitales de façons à avoir le niveau énergétique le plus bas.

On utilisera alors la règle de Klechkowski ( prononcer t'ch-aie!!-kov-ski ^^ )

4.3.3.2. Principe d'exclusion de Pauli

Il demeure impossible que dans un atome deux électrons puissent exister dans le même état quantique. Ainsi dans le cas où une orbitale possèderait deux électrons, ceux-ci seraient obligatoirement de spins différents (+½ et -½ )

4.3.3.3. La règle de Hund

Les électrons tendent à occuper le maximum d'orbitales définies par le même nombre quantique l

4.3.4. La configuration électronique des atomes

Pour la représenter :

5. La classification périodique des éléments chimiques

IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIII IB IIB IIIA IVA VA VIA VIIA O
Bloc s Bloc d Bloc p
1H   2He
3Li 4Be   5B 6C 7N 8O 9F 10Ne
11Na 12Mg   13Al 14Si 15P 16S 17Cl 18Ar
19K 20Ca 21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 26Fe 27Co 28Ni 29Cu 30Zn 31Ga 32Ge 33As 34Se 35Br 36Kr
37Rb 38Sr 39Y 40Zr 41Nd 42Mo 43Tc 44Ru 45Rh 46Pd 47Ag 48Cd 49In 50Sn 51Sb 52Te 53I 54Xe
55Cs 56Ba 57La 72Hf 73Ta 74W 75Re 76Os 77Ir 78Pt 79Au 80Hg 81Ti 82Pb 83Bi 84Po 85At 86Rn
87Fr 88Ra 89Ac 104Rf 105Db 106Sg 107Bh 108Hs 109Mt 110Uun 111Uuu 112Uub  
  57La 58Ce 59Pr 60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho 68Er 69Tm 70Yb 71Lu
  89Ac 90Th 91Pa 92U 93Np 94Pu 95Am 96Cm 97Bk 98Cf 99Es 100Fm 101Md 102No 103Lw

Commentaires

 

Bonjour, je viens de lire rapidement votre cours qui est très complet cependant je pense avoir déceler une anomalie dans la partie :

1.2. L'atome : trois types de particules : protons, neutrons et électrons .

et dans le tableau vous spécifiez Proton Nucléon Electron à la place de nucléon ne serait ce pas neutron ?

Anonyme  (le 2011-04-21 23:45:05)PermalienProfil auteur
 

Exact. Le terme "nucléon" désigne les particules du noyau, donc protons et neutrons confondus. Merci pour cette remarque.

Matthieu  (le 2011-05-05 22:16:05)PermalienProfil auteur
 

Bonsoir, j'ai juste une petite questions a poser je ne comprends pas comment on place les electrons dans les orbitales atomiques.?? Merci d'avance

Anonyme  (le 2011-09-16 21:44:54)PermalienProfil auteur
 

Bonjour,
Posez votre question sur le forum, c'est plus adapté. Merci.

Matthieu  (le 2011-09-20 23:33:23)PermalienProfil auteur
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