Physique Chimie
Nouveau programme de troisième 2016
L'atome
1. Historique
La notion d'atome nous provient du philosophe Grec Démocrite (470 - 370 av JC) qui utilisa la première fois le mot "atomos" (dont la signification est "insécable"). Aujourd'hui nous savons que cette idée est fausse car l'atome peut être séparé en différentes particules. Ce n'est vraiment qu'à partir d'expériences au 19ème siècle que des modèles d'atomes ont commencé à apparaître. En 1894 Thomson imaginait une sphère de matière, incrustée de particules. En 1909 Rutherford précisait la notion de noyau autour duquel orbitent des électrons. Entre ce noyau et les électrons, il n'y a rien. C'est le vide. En 1913 Bohr ajoute que les électrons appartiennent à des couches d'énergie. Ce modèle permet une compréhension simple de la chimie en lycée. Enfin en 1927 Schrödinger établit un modèle plus réaliste. On ne représente plus l'électron, mais l'espace dans lequel il se trouve, associé à une probabilité de présence.
Modèle de Thomson
Modèle de Rutherford
Modèle de Bohr
Modèle de Schrödinger
Un atome
2. De quoi est constitué un atome ?
Un atome est constitué d'un noyau contenant des protons et des neutrons autour duquel se déplacent des électrons.
Sur l'animation ci-contre, les protons sont représentés par des sphères rouges, les neutrons par des sphères bleues, et les électrons par des sphères vertes.
Entre le noyau et les électrons, il n'y a rien. C'est le vide.
3. Dimensions de l'atome
Le diamètre d'un atome est d'environ :
da = 10-10 m
Le diamètre du noyau est d'environ :
dn = 10-15 m
Le diamètre d'un atome c'est 10 million de fois plus petit que le millimètre.
Exercice 1 : Pour réaliser la maquette d'un atome, je prends une bille de verre de 1 cm de diamètre qui représentera le noyau. Quel sera alors le diamètre de la maquette de cet atome incluant les électrons ? Conclusion ?
4. Charges électriques de l'atome
Chaque proton contient une unique charge positive.
Ces charges positives sont donc regroupées dans le noyau.
Chaque électron contient une unique charge négative.
Globalement l'atome contient autant de charges positives que de charges négatives, donc :
L'atome est électriquement neutre.
Il contient autant de protons que d'électrons.
Exercice 2 : Un atome de fer possède 26 électrons.
Combien de protons contient le noyau de cet atome de fer ?
5. Les atomes sont-ils identiques ?
Il existe environ une bonne centaine d'atomes différents dans l'univers. Vous en connaissez certainement déjà depuis la classe de quatrième : l'hydrogène, l'oxygène, le carbone, etc. C'est le nombre de protons qui permet de classer les atomes par nom. Vous les trouverez à la dernière page de votre livre, ou ici, sous la dénomination : "tableau des éléments chimiques". A chaque nom correspond un symbole chimique (noté ci-dessous en rouge a côté du nom).
6. Peut-on voir un atome ?
Ci-contre, observation d'une feuille d'or au microscope électronique à effet tunnel.
Il est possible de connaitre la position de chaque atome d'or (bosse), mais pas
de le voir en détail avec ses électrons et son noyau. Les couleurs sont reconstituées
par ordinateur.
7. Correction des exercices
Exercice 1 : Pour passer de 10-15 m (diamètre du noyau) à
10-10 m (diamètre de l'atome), il faut multiplier le diamètre du noyau par
105 = 100 000. L'atome a donc un diamètre 100 000 fois plus grand que celui
de son noyau.
Avec une maquette dont le noyau mesure 1 cm de diamètre, on obtient un atome de
1 cm × 100 000 = 100 000 cm.
Soit encore : 1 km de diamètre.
On remarque alors, que l'atome ressemble a une énorme sphère de 1 km de diamètre ne contenant
finalement que très peu de matière ! juste une petite bille de 1 cm de diamètre.
Un atome contient essentiellement du vide.
Exercice 2 : Avec 26 électrons, l'atome de fer possède 26 charges négatives. Pour être globalement neutre, il faut donc que son noyau comporte 26 charges positives. Comme un proton ne contient qu'une charge positive, il y a donc 26 protons dans le noyau de cet atome de fer.