Modèle et constitution de l'atome - Cours de Physique Chimie Seconde avec Maxicours - Lycée

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Modèle et constitution de l'atome

Objectifs :
La matière est constituée de petits « grains », invisibles à l'œil nu : les atomes.
C'est en 1910, que Rutherford a mis en évidence l'existence de ces petits « grains » de matière. Grâce à lui, on utilise encore de nos jours, le modèle qui porte son nom.
Quel est ce modèle et comment le représente-t-on ?
De plus, il existe des « grains » encore plus petits dans l’atome : ce sont des électrons qui tournent autour d’un noyau central lui-même constitué de nucléons.
Quelles sont les caractéristiques de toutes ces particules ?

1. Le modèle atomique de Rutherford
Rutherford propose un modèle planétaire de l'atome (disposition analogue au système solaire). L'atome est composé d'un noyau autour duquel un ou plusieurs électrons sont en mouvement.


Remarque : C'est en bombardant des feuilles d'or avec des particules α (noyau d'hélium) beaucoup plus petites que l'atome d'or que Rutherford montre que la matière est essentiellement composée de vide : l'atome possède donc une structure lacunaire.
2. Constitution de l'atome
Étymologiquement, le mot atome vient du grec atomos qui signifie « indivisible ».
Au début du 20e siècle, plusieurs expériences mettent en évidence l'existence de différentes particules constituant l'atome, réparties dans un noyau central en périphérie duquel se situe un nuage électronique.
a. Le noyau
Description :
Le noyau d'un atome est constitué de particules appelées nucléons (du latin nucleus qui signifie noyau). Il existe deux sortes de nucléons :

- les neutrons (qui ne sont pas chargés).
- les protons (chargés positivement).

• Caractéristiques des nucléons :
- Les protons ou les neutrons, ont quasiment la même masse : mp ≈ mn = 1,67.10 -27 kg.
- La charge électrique de toute particule, notée q, a pour unité le coulomb, de symbole C.
     → Le neutron est électriquement neutre, sa charge est donc nulle : qn = 0 C.
     → Le proton possède une charge positive : qp = + 1,6.10 -19 C.


Particule Charge en Coulomb : C Masse en kg
Proton qp = + 1,6.10 -19 C = + e mp = 1,673.10 -27 kg
Neutron qn = 0 C mn = 1,675.10 -27 kg

b. Les électrons
• Description :
Autour du noyau d'un atome, des électrons, chargés négativement, gravitent et constituent le « nuage électronique » de l'atome.


• Caractéristiques des électrons :
- Les électrons ont une masse très faible : me- = 9,1.10 -31 kg.
La masse d’un électron est environ 2000 fois plus faible que la masse d’un proton ou d’un neutron.

- La charge électrique de l'électron est négative et de même valeur absolue que celle du proton donc : qe- = – 1,6.10 -19 C.


Particule Charge en Coulomb : C Masse en kg
Électron qe- = – 1,6.10 -19 C = – e me- = 9,1.10 -31 kg


En définitive, dans un atome, il y a autant d’électrons que de protons donc globalement l’atome est électriquement neutre.


3. Représentation symbolique de l'atome
Un atome est représenté symboliquement par  mais ce symbole désigne plus précisément le noyau de l’élément chimique considéré X car :
 A désigne le nombre de nucléons présents dans le noyau c'est-à-dire la somme des protons et des neutrons.
 Z est appelé le numéro atomique et représente le nombre de protons dans le noyau de l’atome.

La différence A - Z = N conduit au nombre de neutrons dans le noyau de l’atome.
Z donne aussi le nombre d’électrons que comporte l’atome.

Exemple :
L’atome de carbone est représenté par :
Z = 6 donc cet atome de carbone comporte 6 protons dans le noyau et aussi 6 électrons autour du noyau.
A = 12 ceci signifie que le noyau de l’atome de carbone comporte 12 nucléons c'est-à-dire 6 protons et 6 neutrons.
L'essentiel
Un atome est formé d’un noyau autour duquel des électrons se déplacent.
Ce noyau est constitué de particules élémentaires appelées nucléons. Ces nucléons sont de 2 sortes : des protons et des neutrons. L’atome est électriquement neutre c'est-à-dire de charge nulle car il comporte autant de protons chargés positivement que d’électrons chargés négativement.
La représentation symbolique d’un atome, plus précisément du noyau de cet atome est donné par :
Ce symbole nous donne des informations précieuses sur la composition du noyau de l’atome :
- A désigne le nombre de nucléons c'est-à-dire la somme des protons et des neutrons.
- Z est le numéro atomique et est égale au nombre de protons dans le noyau de l’atome.
- La différence A – Z = N conduit au nombre de neutrons dans le noyau de l’atome.
- Z correspond aussi au nombre d’électrons que comporte l’atome.

Les atomes se différencient par le nombre de particules (protons, neutrons, électrons) qu’ils comportent.

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