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Les masses dans l'atome

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Objectif

Comparer la taille et la masse d’un atome et de son noyau.

Points clés
  • L’atome possède une structure lacunaire, c’est-à-dire qu’il est essentiellement composé de vide.
  • 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 ≈ (A) × mn.
Pour bien comprendre
  • Comparaison de deux grandeurs
  • Les opérations sur les puissances de 10
  • L’écriture scientifique
  • L’écriture conventionnelle d’un noyau
1. La masse du noyau
Le noyau d’un atome est constitué de nucléons de deux types : les neutrons et les protons.

Le tableau périodique nous indique les nombres :

  • Z = nombre de protons ;
  • A = nombres de nucléons (protons + neutrons).

On en déduit que le nombre de neutrons est A – Z.


Les valeurs A et Z dans le tableau périodique

Pour calculer la masse du noyau d’un atome, il suffit 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
La masse du noyau est la somme de la masse des protons et de la masse des neutrons donc :
mnoyau = mp × (nombre de protons) + mn × (nombre de neutrons)
mnoyau = 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)
mnoyau (Fe) = 9,375 × 10–26 kg
2. La masse des électrons

Le tableau ci-dessous présente les masses des particules qui constituent l’atome.

Particule Masse (en kg)
Proton mp = 1,673 × 10–27 kg
Neutron mn = 1,675 × 10–27 kg
Électron me = 9,110 × 10–31 kg

Les électrons possèdent une masse 2000 fois plus faible que celle des nucléons.
3. La 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, de plus, quasiment identiques.

Si on néglige la masse des électrons, on peut donc 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 ≈ mp × (A) ≈ mn × (A)

Exemple
Le fer  possède 56 nucléons.
matome (Fe) ≈ mn × (A)
matome (Fe) ≈ 1,675 × 10–27 × (56)
matome (Fe) ≈ 9,380 × 10–26 kg

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