Calcul de la composition atomique
Déterminer le nombre de protons, neutrons et électrons pour un atome et son ion.
Un atome est constitué d'un noyau central, contenant des protons et des neutrons, et d'électrons qui gravitent autour du noyau. Un ion est un atome (ou un groupe d'atomes) qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons, lui conférant ainsi une charge électrique nette.
- Le numéro atomique (Z) représente le nombre de protons dans le noyau d'un atome. Il caractérise un élément chimique.
- Le nombre de masse (A) représente le nombre total de nucléons (protons + neutrons) dans le noyau.
- Le nombre de neutrons (N) se calcule par : \(N = A - Z\).
- Dans un atome neutre, le nombre d'électrons est égal au nombre de protons (Z).
- Dans un ion, le nombre d'électrons est modifié :
- Pour un cation (ion positif), l'atome a perdu des électrons : Nombre d'électrons = Z - (charge de l'ion).
- Pour un anion (ion négatif), l'atome a gagné des électrons : Nombre d'électrons = Z + |charge de l'ion|.
Données du Problème
On s'intéresse à l'élément Fluor (symbole F) et à son ion le plus courant, l'ion fluorure.
- Pour le Fluor (F) : Numéro atomique \(Z = 9\), Nombre de masse \(A = 19\).
- L'ion fluorure est noté F\(^-\).
Questions
- Pour l'atome de Fluor (F) :
- Quel est le nombre de protons ?
- Quel est le nombre d'électrons ?
- Quel est le nombre de neutrons ?
- Pour l'ion Fluorure (F\(^-\)) :
- Quel est le nombre de protons ?
- Quel est le nombre d'électrons ?
- Quel est le nombre de neutrons ?
- Quelle est la charge électrique totale du noyau de l'atome de Fluor (en multiples de la charge élémentaire \(e\)) ?
- Quelle est la charge électrique totale de l'ion Fluorure F\(^-\) (en multiples de la charge élémentaire \(e\)) ?
Correction : Calcul de la composition atomique
1. Pour l'atome de Fluor (F)
a. Nombre de protons
Le nombre de protons est donné par le numéro atomique Z.
Données :
Pour le Fluor, \(Z = 9\)
Nombre de protons = \(Z = 9\).
L'atome de Fluor possède 9 protons.
b. Nombre d'électrons
Un atome est électriquement neutre, donc le nombre d'électrons est égal au nombre de protons.
Données :
Nombre de protons = 9
Nombre d'électrons = Nombre de protons = 9.
L'atome de Fluor possède 9 électrons.
c. Nombre de neutrons
Le nombre de neutrons N est donné par \(N = A - Z\).
Données :
Pour le Fluor, \(A = 19\)
\(Z = 9\)
L'atome de Fluor possède 10 neutrons.
Quiz Intermédiaire
2. Pour l'ion Fluorure (F\(^-\))
a. Nombre de protons
La formation d'un ion ne modifie pas le nombre de protons dans le noyau.
Données :
Pour le Fluor, \(Z = 9\)
Nombre de protons = \(Z = 9\).
L'ion Fluorure F\(^-\) possède 9 protons.
b. Nombre d'électrons
L'ion F\(^-\) est formé à partir de l'atome F qui a gagné 1 électron (car la charge est -1).
Données :
Nombre de protons dans F = 9
Charge de l'ion = -1
Nombre d'électrons dans l'atome F = 9.
Nombre d'électrons dans F\(^-\) = Nombre d'électrons de F + 1 = 9 + 1 = 10.
L'ion Fluorure F\(^-\) possède 10 électrons.
Quiz Intermédiaire
c. Nombre de neutrons
La formation d'un ion ne modifie pas le nombre de neutrons dans le noyau.
Données :
Pour le Fluor, \(A = 19\), \(Z = 9\)
L'ion Fluorure F\(^-\) possède 10 neutrons.
3. Charge du Noyau de l'Atome de Fluor
Le noyau contient des protons (charge +e) et des neutrons (charge 0). La charge du noyau est donc due aux protons.
Données :
Nombre de protons = 9
Charge du noyau = Nombre de protons \(\times\) charge d'un proton = \(Z \times (+e)\).
La charge du noyau de l'atome de Fluor est \(+9e\).
4. Charge de l'Ion Fluorure F\(^-\)
La charge de l'ion est directement indiquée par sa notation.
Données :
Ion Fluorure : F\(^-\)
La notation F\(^-\) signifie que l'ion a une charge nette de -1e.
Vérification : Nombre de protons = 9 (charge +9e). Nombre d'électrons = 10 (charge -10e). Charge totale = (+9e) + (-10e) = -1e.
La charge de l'ion Fluorure F\(^-\) est \(-1e\).
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Glossaire des Termes Clés
Atome :
Plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est constitué d'un noyau (protons et neutrons) et d'électrons.
Proton :
Particule subatomique présente dans le noyau des atomes, portant une charge électrique positive élémentaire (+e).
Neutron :
Particule subatomique présente dans le noyau des atomes (sauf l'hydrogène-1), ne portant pas de charge électrique (neutre).
Électron :
Particule subatomique gravitant autour du noyau, portant une charge électrique négative élémentaire (-e).
Noyau Atomique :
Partie centrale de l'atome, contenant les protons et les neutrons (nucléons).
Numéro Atomique (Z) :
Nombre de protons dans le noyau d'un atome. Il définit l'élément chimique.
Nombre de Masse (A) :
Nombre total de nucléons (protons + neutrons) dans le noyau d'un atome.
Ion :
Atome ou groupe d'atomes ayant perdu ou gagné un ou plusieurs électrons, et portant donc une charge électrique nette.
Cation :
Ion chargé positivement (ayant perdu des électrons).
Anion :
Ion chargé négativement (ayant gagné des électrons).
Charge Élémentaire (e) :
Plus petite charge électrique indivisible, portée par le proton (+e) et l'électron (-e). \(e \approx 1.602 \times 10^{-19}\) Coulombs.
Questions d'Ouverture ou de Réflexion
1. Qu'est-ce qu'un isotope ? Comment la composition atomique d'isotopes d'un même élément diffère-t-elle ? Donnez un exemple.
2. Comment la position d'un élément dans le tableau périodique est-elle liée à son numéro atomique et à sa configuration électronique ?
3. Pourquoi les atomes forment-ils des ions ? Quel est le lien avec la stabilité électronique (règle de l'octet ou du duet) ?
4. La masse d'un atome est-elle principalement concentrée dans son noyau ou dans son cortège électronique ? Expliquez.
5. Si l'on considère l'isotope \(^{18}\)F du fluor, quelle serait sa composition en protons, neutrons et électrons (pour l'atome neutre) ?
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