Les atomes : structure (noyau, électrons)

Les atomes : structure (noyau, électrons) - modèle simplifié

Les atomes : structure (noyau, électrons) - modèle simplifié

Plongée au Cœur de la Matière

Toute la matière qui nous entoure, que ce soit une table, l'eau d'une bouteille ou l'air que l'on respire, est constituée de minuscules "briques" invisibles à l'œil nu : les atomes. Pendant longtemps, on a cru que les atomes étaient indivisibles, mais on sait aujourd'hui qu'ils sont eux-mêmes composés de particules encore plus petites. Nous allons explorer un modèle simple de l'atome pour comprendre sa structure de base.

Le Modèle de l'Atome de Carbone

Un atome est principalement constitué d'un noyau central, très petit et dense, autour duquel se déplacent des électrons beaucoup plus légers. Le noyau contient des protons (de charge électrique positive) et des neutrons (sans charge électrique). Les électrons ont une charge électrique négative.

Un atome est toujours électriquement neutre : il possède autant de protons (charges +) que d'électrons (charges -).

Nous allons étudier le cas de l'atome de carbone, un des éléments les plus importants pour la vie.

  • Son noyau contient 6 protons et 6 neutrons.
Modèle planétaire simplifié de l'atome de carbone
Noyau (6 protons 6 neutrons) e- e- e- e- e- e-

Représentation simplifiée d'un atome avec son noyau et ses électrons.


Questions à traiter

  1. D'après l'énoncé, de quelles particules est constitué le noyau de l'atome de carbone ?
  2. Sachant qu'un atome est électriquement neutre, combien d'électrons possède l'atome de carbone ? Justifie ta réponse.
  3. On considère que la masse d'un proton ou d'un neutron est de 1 (dans une unité simplifiée) et que la masse d'un électron est presque nulle (environ 2000 fois plus petite). Calcule la masse approchée du noyau de l'atome de carbone, puis la masse approchée de l'atome entier. Que remarques-tu ?
  4. Dans quel partie de l'atome (le noyau ou le nuage électronique) est concentrée la quasi-totalité de sa masse ?

Simulation : Construis un Atome

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Correction : Les atomes : structure (noyau, électrons) - modèle simplifié

Question 1 : Composition du noyau

Réponse :

D'après le texte de l'énoncé, le noyau de l'atome de carbone est constitué de 6 protons et de 6 neutrons.

Résultat Question 1 : Le noyau de carbone contient des protons et des neutrons.

Question 2 : Nombre d'électrons

Principe :

Un atome est toujours électriquement neutre. Cela signifie que le nombre de charges positives (les protons dans le noyau) doit être égal au nombre de charges négatives (les électrons qui tournent autour).

Justification et Réponse :

Le noyau de l'atome de carbone contient 6 protons (donc 6 charges positives).

Pour que l'atome soit neutre, il doit donc y avoir 6 électrons (6 charges négatives) pour compenser les charges positives.

Résultat Question 2 : L'atome de carbone possède 6 électrons car il doit être électriquement neutre et possède 6 protons.

Quiz Intermédiaire 1 : Un atome de sodium possède 11 protons. Combien a-t-il d'électrons ?

Question 3 : Calcul de la masse de l'atome

Principe :

La masse de l'atome est la somme des masses de toutes les particules qui le composent. Comme la masse des électrons est négligeable (très petite), la masse de l'atome est pratiquement égale à celle de son noyau.

Calcul :

Masse du noyau = (nombre de protons × masse d'un proton) + (nombre de neutrons × masse d'un neutron)

\[ \begin{aligned} m_{\text{noyau}} &= (6 \times 1) + (6 \times 1) \\ &= 12 \text{ (en unités simplifiées)} \end{aligned} \]

Masse de l'atome = masse du noyau + masse des électrons

\[ m_{\text{atome}} \approx m_{\text{noyau}} \approx 12 \text{ (en unités simplifiées)} \]

On remarque que la masse des 6 électrons est si petite qu'elle ne change presque pas la masse totale. La masse de l'atome est quasiment la même que celle de son noyau.

Résultat Question 3 : La masse approchée du noyau est de 12. La masse approchée de l'atome entier est aussi de 12.

Question 4 : Localisation de la masse

Conclusion :

D'après le calcul précédent, on voit que les électrons, qui sont très légers, ne contribuent presque pas à la masse totale de l'atome.

Par conséquent, la quasi-totalité de la masse d'un atome est concentrée dans son noyau.

Résultat Question 4 : La masse de l'atome est concentrée dans le noyau.

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Le noyau d'un atome est composé de :

2. Un atome qui possède 8 protons possède :

3. Quelle est la particule qui a une charge électrique positive ?


Glossaire

Atome
Constituant fondamental de la matière. Il est composé d'un noyau et d'électrons.
Noyau
Partie centrale de l'atome, très dense, qui contient les protons et les neutrons. Il concentre presque toute la masse de l'atome.
Proton
Particule du noyau qui possède une charge électrique positive.
Neutron
Particule du noyau qui n'a pas de charge électrique (elle est neutre).
Électron
Particule très légère qui tourne autour du noyau et qui possède une charge électrique négative.
Charge électrique
Propriété de la matière. Il existe des charges positives (+) et des charges négatives (-). Les charges opposées s'attirent.
Électriquement neutre
Se dit d'un objet qui possède autant de charges positives que de charges négatives. C'est le cas de tous les atomes.
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