Physique Chimie en seconde
Exercices sur l'atome
Exercice 1
a) Par combien faudrait-il multiplier le diamètre du noyau d'un atome,
pour obtenir le diamètre de l'atome complet avec ses électrons ?
b) Pour réaliser une maquette de l'atome, nous prenons une balle de ping-pong
d'environ 4 cm de diamètre qui représentera le noyau. A quelle distance du centre
de cette balle devrons nous placer l'électron si nous respectons l'échelle de l'atome ?
c) Que pouvons nous en déduire sur la cencentration de matière à l'intérieur d'un atome ?
Exercice 2
a) Pourquoi l'expérience de Rutherford est-elle comparable au lancé d'une poignée de sable
a travers le grillage d'une clôture ?
b) Une grosse pierre aurait-elle le même effet ?
c) Dans cette expérience, l'épaisseur de la feuille d'or était de 0,6 µm, et 99,99%
des particules traversait la feuille sans rencontrer d'obstacle.
Combien d'atomes d'or ont été traversé par une particule qui n'a pas eu son trajet dévié.
Exercice 3
L'atome de béryllium contient 4 protons, 5 neutrons et 4 électrons.
a) Calculez la masse du noyau de l'atome de béryllium.
b) calculez la masse de l'atome de béryllium.
c) Comparez la masse de l'atome à la masse de son noyau. Conclusion ?
Exercice 4
Le noyau de l'atome d'aluminium comporte 13 protons et 14 neutrons. Quelle est l'écriture symbolique du noyau d'aluminium ?
Exercice 1 : Correction
a) Nous cherchons x, tel que : diamètre du noyau · x = diamètre de l'atome.
Soit : 10-15 · x = 10-10
et donc : x = 10-10 ÷ 10-15
⇒ x = 10-10 × 1015
⇒ x = 10-10 + 15
⇒ x = 105 = 100 000
Il faut donc multiplier le diamètre du noyau par 100 000 pour obtenir le diamètre de l'atome.
b) Avec un noyau de 4 cm de diamètre, il faudrait un atome de 100 000 × 4 cm =
400 000 cm de diamètre.
La distance entre le centre de la balle et l'électron correspond au rayon de l'atome, d'où :
rayon = diamètre ÷ 2 = 400 000 ÷ 2 = 200 000 cm = 2000 m.
c) On remarque que si l'atome avait un rayon de 2 km de diamètre, il ne contiendrait qu'une
petite sphère de 4 cm de diamètre. L'atome est donc essentiellement constitué de vide.
Exercice 2 : Correction
a) Lorsque du sable est lancé, contre un grillage, la presque totalité du sable parvient
à le traverser car il y a très peu de matière.
Seulement quelques grains rebondissent sur les fils métalliques.
On observe le même phénomène avec l'expérience de Rutherford où les particules alpha
traversent les atomes de la feuille d'or comme si les atomes étaient creux et se laissaient
facilement traverser comme des mailles de grillage.
b) La grosse pierre est retenue par le grillage car elle ne peut pas traverser les mailles
trop petites. De même un projectile plus gros qu'un atome ne pourra traverser la matière
qu'en la détruisant.
c) Epaisseur de la feuille d'or en mètre : 0,6 µm = 0,6 × 10-6 m.
Nous recherchons n tel que n × diamètre d'un atome = épaisseur de la feuille.
Soit : n × 10-10 = 10-6 m ·
n = 10-6 × 1010 = 104.
La particule traverse donc 10 000 atomes.
Exercice 3 : Correction
a) La masse du noyau de bérylium est :
m = nombre de protons × masse d'un proton + nombre de neutrons × masse d'un neutron.
Soit : m = 4 × 1,673 × 10-27 kg + 5 × 1,675 × 10-27 kg
et finalement : m = (6,692 + 8,375) × 10-27 kg = 1,5067 × 10-26 kg
b) Pour obtenir la masse totale de l'atome, il suffit d'ajouter la masse des électrons a celui du noyau.
Masse des électrons : 4 × 9,109 × 10-31 kg = 3,6436 × 10-30 kg
Ajoutons les masses : noyau + électrons = 1,5067 × 10-26 kg + 3,6436 × 10-30 kg =
1,50706436 × 10-26 kg
c) Comparons la masse du noyau de l'atome de bérylium a la masse totale de cet atome.
1,5067 × 10-26 ÷ 1,50706436 × 10-26 = 0,99976
La masse du noyau représente 99,976 % de la masse totale de l'atome. Autrement dit la masse des
électrons est négligeable devant les autres masses. la masse d'un atome est donc assimilable à la
masse de son noyau.
Exercice 4 : Correction
L'atome d'aluminium possède 13 protons, donc Z = 13. Il possède aussi 14 neutrons, donc N = 14.
Par conséquent le nombre de nucléons est : A = N + Z = 14 + 13 = 27.
On en déduit l'écriture symbolique de ce noyau d'aluminium :