Structure de l’Atome

Structure de l’Atome - Exercice de Chimie

Structure de l’Atome : Composition et Représentation

Comprendre la Structure Atomique

Toute matière, qu'elle soit solide, liquide ou gazeuse, est constituée de minuscules particules appelées atomes. Comprendre la structure de l'atome est fondamental en chimie, car c'est elle qui détermine comment les atomes interagissent pour former des molécules et des matériaux aux propriétés variées. Un atome est lui-même composé de particules encore plus petites : les protons, les neutrons et les électrons. Cet exercice vous guidera à travers les concepts clés de la structure atomique.

Données de l'étude

Nous allons étudier trois entités chimiques : A, B et C. Les informations disponibles sont regroupées dans le tableau ci-dessous. L'objectif est de déterminer leur composition, leur nature (atome neutre ou ion) et leur représentation symbolique.

Tableau des Données Initiales

Entité	Nombre de Protons ($Z$)	Nombre de Neutrons ($N$)	Nombre d'Électrons
A	6	6	6
B	11	12	10
C	17	18	17

Utilisez ces données pour répondre aux questions suivantes.

Informations complémentaires :

Un atome est électriquement neutre.
Le numéro atomique $Z$ est le nombre de protons. Il caractérise un élément chimique.
Le nombre de masse $A$ est le nombre total de nucléons (protons + neutrons). $A = Z + N$.
La représentation symbolique d'un noyau d'atome est $^A_Z X$, où $X$ est le symbole de l'élément.

Questions à traiter

Pour chaque entité (A, B, C) :
1. Calculer son nombre de masse $A$.
2. Déterminer si l'entité est un atome neutre ou un ion. Justifier.
3. Si c'est un ion, indiquer sa charge électrique et sa formule (par exemple, $\text{Na}^+$, $\text{Cl}^-$).
En utilisant un tableau périodique simplifié (ou les informations $Z$ fournies), identifier l'élément chimique correspondant à chaque entité (A, B, C) et donner son symbole $X$.
(Pour cet exercice, on donne : Carbone (C) si $Z=6$, Sodium (Na) si $Z=11$, Chlore (Cl) si $Z=17$)
Donner la représentation symbolique complète ($^{\text{A}}_{\text{Z}} \text{X}^{\text{charge si ion}}$) pour chaque entité A, B et C.
L'entité C possède un isotope courant qui a 20 neutrons. Donner la représentation symbolique de cet isotope. Combien d'électrons possède un atome neutre de cet isotope ?
Représenter schématiquement l'atome neutre de l'entité A (modèle de Bohr simplifié avec noyau et électrons sur des couches).

Simulateur de Structure Atomique

Utilisez ce simulateur pour explorer la composition des atomes et des ions. Entrez le nombre de protons, de neutrons et d'électrons, puis cliquez sur "Visualiser" pour voir les caractéristiques de l'entité et une représentation schématique.

Protons (Z):

Neutrons (N):

Électrons:

Résultats :

Numéro Atomique (Z):

Nombre de Masse (A):

Type:

Charge:

Représentation:

Visualisation :

Correction : Structure de l’Atome

Question 1.a : Calcul du Nombre de Masse $A$

Principe :

Le nombre de masse $A$ d'un atome ou d'un ion représente le nombre total de nucléons dans son noyau. Les nucléons sont les protons et les neutrons.

Formule(s) utilisée(s) :

\[A = Z + N\]

Où $Z$ est le nombre de protons et $N$ est le nombre de neutrons.

Application et Calculs :

Pour l'entité A :

$Z_A = 6$
$N_A = 6$

\begin{aligned} A_A &= Z_A + N_A \\ &= 6 + 6 \\ &= 12 \end{aligned}

Pour l'entité B :

$Z_B = 11$
$N_B = 12$

\begin{aligned} A_B &= Z_B + N_B \\ &= 11 + 12 \\ &= 23 \end{aligned}

Pour l'entité C :

$Z_C = 17$
$N_C = 18$

\begin{aligned} A_C &= Z_C + N_C \\ &= 17 + 18 \\ &= 35 \end{aligned}

Résultats Question 1.a :

Entité A : $A_A = 12$
Entité B : $A_B = 23$
Entité C : $A_C = 35$

Question 1.b & 1.c : Nature (Atome/Ion) et Charge des Ions

Principe :

Un atome est électriquement neutre, ce qui signifie qu'il possède autant de protons (charges positives) que d'électrons (charges négatives). Si le nombre de protons est différent du nombre d'électrons, l'entité est un ion et possède une charge électrique nette. Si Nombre d'électrons < Nombre de protons $\Rightarrow$ Ion positif (cation). Si Nombre d'électrons > Nombre de protons $\Rightarrow$ Ion négatif (anion). La charge de l'ion est la différence entre le nombre de protons et le nombre d'électrons. On l'exprime souvent en multiples de la charge élémentaire $e$ (ex: +1, -2).

Application et Justifications :

Pour l'entité A :

Nombre de protons ($Z_A$) = 6
Nombre d'électrons = 6

Comme le nombre de protons est égal au nombre d'électrons (6 = 6), l'entité A est un atome neutre.

Pour l'entité B :

Nombre de protons ($Z_B$) = 11
Nombre d'électrons = 10

Comme le nombre de protons (11) est différent du nombre d'électrons (10), l'entité B est un ion. Puisque $Z_B > \text{nombre d'électrons}$ (11 > 10), l'ion a perdu des électrons, il est donc positif (cation). Charge de l'ion B = (Nombre de protons) - (Nombre d'électrons) = $11 - 10 = +1$. La formule de l'ion B sera donc $X^+$ (où X est le symbole de l'élément).

Pour l'entité C :

Nombre de protons ($Z_C$) = 17
Nombre d'électrons = 17

Comme le nombre de protons est égal au nombre d'électrons (17 = 17), l'entité C est un atome neutre.

Résultats Question 1.b & 1.c :

Entité A : Atome neutre.
Entité B : Ion positif (cation) de charge +1. Formule : $X^+$.
Entité C : Atome neutre.

Quiz Intermédiaire 1 : Un ion qui possède 8 protons et 10 électrons est un :

Atome neutre
Anion (ion négatif)
Cation (ion positif)
Isotope

Question 2 : Identification des Éléments Chimiques

Principe :

Chaque élément chimique est caractérisé par un numéro atomique $Z$ unique, qui correspond au nombre de protons dans le noyau de ses atomes. En connaissant $Z$, on peut identifier l'élément et son symbole chimique.

Application :

Entité A : $Z_A = 6$. L'élément avec 6 protons est le Carbone, de symbole C.
Entité B : $Z_B = 11$. L'élément avec 11 protons est le Sodium, de symbole Na.
Entité C : $Z_C = 17$. L'élément avec 17 protons est le Chlore, de symbole Cl.

Résultats Question 2 :

Entité A : Carbone (C)
Entité B : Sodium (Na)
Entité C : Chlore (Cl)

Question 3 : Représentation Symbolique Complète

Principe :

La représentation symbolique complète d'une entité chimique est $^{\text{A}}_{\text{Z}} \text{X}^{\text{charge}}$. Si l'entité est un atome neutre, la charge n'est pas indiquée (ou est implicitement 0).

Application :

Pour l'entité A (Carbone) :

$Z_A = 6$, $A_A = 12$, atome neutre.

\text{Représentation de A : } {}^{12}_{6}\text{C}

Pour l'entité B (Sodium) :

$Z_B = 11$, $A_B = 23$, ion de charge +1.

\text{Représentation de B : } {}^{23}_{11}\text{Na}^+

Pour l'entité C (Chlore) :

$Z_C = 17$, $A_C = 35$, atome neutre.

\text{Représentation de C : } {}^{35}_{17}\text{Cl}

Résultats Question 3 :

Entité A : ${}^{12}_{6}\text{C}$
Entité B : ${}^{23}_{11}\text{Na}^+$
Entité C : ${}^{35}_{17}\text{Cl}$

Question 4 : Isotope de l'Entité C

Principe :

Les isotopes sont des atomes d'un même élément chimique (donc même nombre de protons $Z$) qui diffèrent par leur nombre de neutrons $N$, et donc par leur nombre de masse $A$. Un atome neutre a toujours un nombre d'électrons égal à son nombre de protons $Z$.

Application :

L'entité C est le Chlore ($\text{Cl}$), avec $Z_C = 17$.

L'isotope mentionné possède 20 neutrons ($N_{\text{isotope}} = 20$).

Calcul du nombre de masse $A_{\text{isotope}}$ de cet isotope :

\begin{aligned} A_{\text{isotope}} &= Z_C + N_{\text{isotope}} \\ &= 17 + 20 \\ &= 37 \end{aligned}

La représentation symbolique de cet isotope du chlore est donc ${}^{37}_{17}\text{Cl}$.

Un atome neutre de cet isotope (comme tout atome de chlore neutre) aura un nombre d'électrons égal à son nombre de protons $Z$. Donc, il possède 17 électrons.

Résultats Question 4 :

Représentation de l'isotope : ${}^{37}_{17}\text{Cl}$
Nombre d'électrons d'un atome neutre de cet isotope : 17 électrons.

Quiz Intermédiaire 2 : Les isotopes d'un élément ont :

Le même nombre de masse $A$
Le même nombre de neutrons $N$
Le même numéro atomique $Z$
Le même nombre d'électrons s'ils sont des ions

Question 5 : Représentation Schématique de l'Atome de Carbone (Entité A)

Principe :

Le modèle de Bohr simplifié représente l'atome avec un noyau central contenant les protons et les neutrons, et les électrons répartis sur des couches électroniques (ou orbites) autour du noyau. Pour le Carbone ($Z=6$), l'atome neutre a 6 électrons. En classe de 3ème, on utilise souvent une répartition simple : 2 électrons sur la première couche (K) et les électrons restants sur la deuxième couche (L), jusqu'à un maximum de 8 sur la couche L.

Application :

L'entité A est l'atome de Carbone (${}^{12}_{6}\text{C}$).

Protons ($p^+$) : 6
Neutrons ($n$) : 6
Électrons ($e^-$) : 6 (car atome neutre)

Répartition électronique simplifiée :

Couche K : 2 électrons
Couche L : 4 électrons (6 au total - 2 sur K)

Schéma de l'Atome de Carbone (Modèle de Bohr simplifié)

Le noyau contient 6 protons et 6 neutrons. Les 6 électrons sont répartis sur deux couches.

Résultat Question 5 : Le schéma ci-dessus représente l'atome de Carbone avec son noyau (6 protons, 6 neutrons) et ses 6 électrons répartis sur les couches K (2e-) et L (4e-).

Glossaire

Atome: La plus petite particule d'un élément chimique qui conserve les propriétés de cet élément. Il est constitué d'un noyau central (protons et neutrons) et d'électrons qui gravitent autour.
Proton ($p^+$): Particule subatomique située dans le noyau de l'atome, portant une charge électrique positive (+e).
Neutron ($n$): Particule subatomique située dans le noyau de l'atome, ne portant pas de charge électrique (neutre). Sa masse est proche de celle du proton.
Électron ($e^-$): Particule subatomique gravitant autour du noyau de l'atome, portant une charge électrique négative (-e). Sa masse est très faible par rapport à celle des protons et neutrons.
Noyau: Partie centrale de l'atome, contenant les protons et les neutrons. Il concentre la quasi-totalité de la masse de l'atome et porte une charge positive.
Numéro Atomique ($Z$): Nombre de protons dans le noyau d'un atome. Il caractérise un élément chimique et détermine sa place dans le tableau périodique.
Nombre de Masse ($A$): Nombre total de nucléons (protons + neutrons) dans le noyau d'un atome. $A = Z + N$.
Nucléons: Terme générique désignant les particules constituant le noyau atomique : les protons et les neutrons.
Ion: Atome ou groupe d'atomes ayant perdu ou gagné un ou plusieurs électrons, ce qui lui confère une charge électrique nette. Un ion positif est un cation, un ion négatif est un anion.
Isotopes: Atomes d'un même élément chimique (même $Z$) qui possèdent un nombre différent de neutrons (et donc un nombre de masse $A$ différent).
Couches Électroniques: Régions autour du noyau où se trouvent les électrons. Dans un modèle simplifié (Bohr), ces couches sont désignées K, L, M, etc., et peuvent contenir un nombre limité d'électrons.

D’autres exercices de chimie 3 ème:

Structure de l’Atome

Données de l'étude

Tableau des Données Initiales

Questions à traiter

Simulateur de Structure Atomique

Résultats :

Visualisation :

Correction : Structure de l’Atome

Question 1.a : Calcul du Nombre de Masse \(A\)

Principe :

Formule(s) utilisée(s) :

Application et Calculs :

Question 1.b & 1.c : Nature (Atome/Ion) et Charge des Ions

Principe :

Application et Justifications :

Question 2 : Identification des Éléments Chimiques

Principe :

Application :

Question 3 : Représentation Symbolique Complète

Principe :

Application :

Question 4 : Isotope de l'Entité C

Principe :

Application :

Question 5 : Représentation Schématique de l'Atome de Carbone (Entité A)

Principe :

Application :

Schéma de l'Atome de Carbone (Modèle de Bohr simplifié)

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

Glossaire

0 commentaires

Soumettre un commentaire Annuler la réponse