Composition Atomique du Magnésium

1. Calcul du nombre de neutrons

Nous voulons connaître le nombre de neutrons, c’est-à-dire les particules neutres présentes dans le noyau de l’atome. Un atome est constitué d’un noyau contenant des protons (chargés positivement) et des neutrons (sans charge), entouré d’électrons (chargés négativement).
Le nombre atomique (symbole Z) correspond au nombre de protons, et dans un atome neutre, il est égal au nombre d’électrons.
La masse atomique (symbole A) est la somme du nombre de protons et du nombre de neutrons.
Pour trouver le nombre de neutrons (N), on soustrait le nombre de protons du nombre total de nucléons.

Formule

\[ N = A - Z \]

Données

• \(A = 24\)
• \(Z = 12\)

Calcul

En remplaçant :
\[ N = 24 - 12 \] \[ N = 12 \]

Conclusion :

L’atome de magnésium contient donc 12 neutrons dans son noyau.

2. Déterminer la configuration électronique de l’atome de magnésium

Nous devons répartir les 12 électrons dans les différentes orbitales.

Les électrons se placent selon :

• Principe d’Aufbau : on remplit d’abord les orbitales de plus basse énergie.
• Principe d’exclusion de Pauli : chaque orbitale peut contenir au maximum deux électrons, de spins opposés.
• Règle de Hund : pour des orbitales de même énergie, on place un électron par orbitale avant de les appairer.

Formule

\[ 1s^2\;2s^2\;2p^6\;3s^2 \]

Données

• \(Z = 12\) électrons à placer

Calcul

• \[ 1s: 2\ \text{électrons} \to 1s^2\]
• \[2s: 2\ \text{électrons} \to 2s^2\]
• \[2p: 6\ \text{électrons} \to 2p^6\]
• \[3s: 2\ \text{électrons} \to 3s^2\]

Conclusion :

Configuration électronique du magnésium :
\[ 1s^2\;2s^2\;2p^6\;3s^2 \]

3. Utilisation du magnésium dans la fabrication de matériaux légers

Nous comparons la densité du magnésium à celle d’un autre métal courant pour illustrer l’économie de masse.

La densité (ρ) mesure la masse par unité de volume :

• Un matériau à densité faible signifie qu’il est léger pour un même volume.
• Le magnésium a une densité plus faible que l’aluminium, réduisant le poids des pièces sans sacrifier la résistance.
• Dans l’aérospatiale, chaque gramme compte pour la performance et la consommation de carburant.

Formule

\[ \rho = \frac{m}{V} \]

Données

• \(\rho_{\mathrm{Mg}} = 1{,}74\,\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{cm}^3}\)
• \(\rho_{\mathrm{Al}} = 2{,}70\,\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{cm}^3}\)

Calcul

Pour un même volume \(V\) :
\[ \frac{m_{\mathrm{Mg}}}{m_{\mathrm{Al}}} = \frac{\rho_{\mathrm{Mg}}}{\rho_{\mathrm{Al}}} \] \[ = \frac{1{,}74}{2{,}70} \approx 0{,}644 \]

Conclusion :

En utilisant du magnésium au lieu de l’aluminium, on réduit la masse d’environ 35,6 %, ce qui rend le magnésium idéal pour les applications nécessitant légèreté.