Les dimensions de l'atome
Objectif
Sachant que l'atome est représenté par une
sphère délimitée par le nuage
électronique dont le centre est le noyau, il faut
connaître les ordres de grandeur des différentes
dimensions de l'atome tant du point de vue de sa taille que
de sa masse.
1. Dimensions dans l'atome
a. Le rayon atomique
La sphère représentant l'atome,
d'après le modèle de Rutherford,
possède un rayon qui englobe le noyau et
va jusqu'aux limites du nuage électronique.
L'ordre de grandeur du rayon de l'atome est de
10-10 m = 100 pm car
1 pm = 10-12 m.Plus un atome possède de nucléons et d'électrons, plus le volume de la sphère atomique associée au noyau est important donc plus le rayon de l'atome noté ra est grand.
Exemples :
ra
= 50 pm
et ra 
= 270 pm
ra
= 50 pm
et ra = 270 pm
b. Le rayon du noyau
L'ordre de grandeur du rayon du noyau
atomique est de :
10-15 m = 1 fm.
Donc le rayon du noyau est 100 000 fois ou 105 fois plus petit que celui de l'atome.
Donc le rayon du noyau est 100 000 fois ou 105 fois plus petit que celui de l'atome.
Exemple :
Si le noyau était une orange de 3 centimètres de rayon, l'atome aurait un rayon de 3 kilomètres.
Si le noyau était une orange de 3 centimètres de rayon, l'atome aurait un rayon de 3 kilomètres.
c. Vide de la structure atomique
Les électrons qui gravitent autour du noyau sont
très petits et peu nombreux, entre le noyau et le
rayon atomique il existe donc un vide dans lequel
les électrons se déplacent : on dit
que l'atome possède une structure
lacunaire.
2. Masses caractéristiques de l'atome
a. Masse du noyau
Le noyau d'un atome est constitué de
nucléons de deux types : les neutrons et les
protons.
Pour calculer la masse du noyau d'un atome, il suffit donc d'additionner les masses des particules qui le constituent grâce aux valeurs suivantes :
mnoyau = mp × (nombre de protons) + mn × (nombre de neutrons)
= mp × (Z) + mn × (A - Z)
Pour calculer la masse du noyau d'un atome, il suffit donc d'additionner les masses des particules qui le constituent grâce aux valeurs suivantes :
| Particule | Masse en kg |
| Proton | mp = 1,673·10-27 kg |
| Neutron | mn = 1,675·10-27 kg |
mnoyau = mp × (nombre de protons) + mn × (nombre de neutrons)
= mp × (Z) + mn × (A - Z)
Exemple :
Le fer
possède
26 protons et 56 nucléons donc
56 - 26 = 30 neutrons
mnoyau (Fe) = mp × (Z) + mn × (A - Z)
mnoyau (Fe) = 1,673·10-27 × (26) + 1,675·10 -27 × (30) = 9,375·10 -26 kg
Le fer
possède
26 protons et 56 nucléons donc
56 - 26 = 30 neutronsmnoyau (Fe) = mp × (Z) + mn × (A - Z)
mnoyau (Fe) = 1,673·10-27 × (26) + 1,675·10 -27 × (30) = 9,375·10 -26 kg
b. Masse des électrons
Voici un tableau présentant les masses des
particules constituant l'atome :
Les électrons possèdent une masse 2 000 fois plus faible que celle des nucléons.
| Particule | Masse en kg |
| Proton | mp = 1,673·10-27 kg |
| Neutron | mn = 1,675·10-27 kg |
| Electron | me = 9,110·10-31 kg |
Remarque : 
environ
environ
Les électrons possèdent une masse 2 000 fois plus faible que celle des nucléons.
c. Masse de l'atome
On remarque que la masse d'un électron est
très petite comparée à celle des
nucléons, donc la masse de l'atome est
concentrée dans son noyau.
Les masses des protons et des neutrons sont quasiment identiques aussi, si on néglige la masse des électrons, on peut écrire que la masse de l’atome est égale au nombre de nucléons A multiplié par la masse d’un nucléon (proton ou neutron) :
Les masses des protons et des neutrons sont quasiment identiques aussi, si on néglige la masse des électrons, on peut écrire que la masse de l’atome est égale au nombre de nucléons A multiplié par la masse d’un nucléon (proton ou neutron) :
matome ≈ (A)
× mp.
L'essentiel
L'atome possède une structure lacunaire,
c'est-à-dire qu’il est essentiellement
composé de vide.
Le rayon de l’atome est de l’ordre de 10-10 m et celui du noyau de l’ordre de 10-15 m, d’où le rapport suivant :
Donc le rayon de l’atome est 100 000 fois plus grand que le rayon du noyau.
Les masses des neutrons et protons sont très supérieures à celle des électrons donc la masse de l'atome est concentrée dans son noyau :
Le rayon de l’atome est de l’ordre de 10-10 m et celui du noyau de l’ordre de 10-15 m, d’où le rapport suivant :
Donc le rayon de l’atome est 100 000 fois plus grand que le rayon du noyau.
Les masses des neutrons et protons sont très supérieures à celle des électrons donc la masse de l'atome est concentrée dans son noyau :
matome ≈ (A)
× mp.
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