COURS N°1 - ATOMISTIQUE (12.p)

Question 1

─ STRUCTURE ATOMIQUE ─
G1 ─ Constituants de l’atome.

➤ Constituants de l’atome. (x2Tab).

a/ Nucléide.

• Définition nucléide ?
• X ? A ? Z ?
• Formule nombre de neutrons ? N = .. ?

Answer 1

a/ Nucléide.
> Def= Noyau atomique qui contient les nucléons (= protons + neutrons).

On a X : élément chimique
avec ;
- En haut A : Nombre de masse / Nombre de nucléons.
- En bas Z : Numéro atomique / Nombre de protons.

Et enfin : N = A - Z
- Nombre de neutrons.

Question 2

─ STRUCTURE ATOMIQUE ─
G1 ─ Constituants de l’atome.

➤ Constituants de l’atome. (x2Tab).

a/ Atome. (x4Part)

Part 1 //

• Particularités atomes neutres : Z.. ?
• Dimension de l’atome ?
• Dimension du noyau ?

Answer 2

a/ Atome.

◼️ Pour un atome neutre :

Z = nombre de protons = nombre d’électrons.

◼️ Dimension de l’atome :

de l’ordre de 10^(-10) m = 1 Å

◼️ Dimension du noyau :

de l’ordre de 10^(-15) m (= fermi)

Question 3

─ STRUCTURE ATOMIQUE ─
G1 ─ Constituants de l’atome.

➤ Constituants de l’atome. (x2Tab).

a/ Atome. (x4Part)

Part 2 //

• Pourquoi les particules sont dites élémentaires ?
• Donner un exemple de particule élémentaire.

Answer 3

◼️ Les particules sont dites élémentaires lorsqu’elle ne résultent pas de l’interaction d’autre particules plus petites. Les électrons sont des particules élémentaires contrairement à l’atome, aux protons et aux neutrons.

Question 4

─ STRUCTURE ATOMIQUE ─
G1 ─ Constituants de l’atome.

➤ Constituants de l’atome. (x2Tab).

a/ Atome. (x4Part)

Part 3 //

• Masse (kg) / Masse (u.m.a) // Charge Coulomb // Charge (unité de charge électronique) // Rayon ?

de

• Electron, Proton, Neutron.
• Info particulière sur la masse d’un électron ?

Answer 4

• ELECTRON -
  ◼️ Masse (kg) = 0,91 . 10^(-30)

◼️ Masse (u.m.a) = 0,005

◼️ Charge (Coulomb) = -1,6 . 10^(-19)

◼️ Charge (unité de charge électronique) = -1

◼️ Rayon = 2,818 . 10^(-15) m

• PROTON -
  ◼️ Masse (kg) = 1,672 . 10^(-27)

◼️ Masse (u.m.a) = 1

◼️ Charge (Coulomb) = +1,6 . 10^(-19)

◼️ Charge (unité de charge électronique) = +1

• NEUTRON -
  ◼️ Masse (kg) = 1,675 . 10^(-27)

◼️ Masse (u.m.a) = 1

◼️ Charge (Coulomb) = 0

◼️ Charge (unité de charge électronique) = 0

🔺 La masse d’un électron étant très inférieure à la masse d’un proton et d’un neutron, la majorité de la masse de l’atome (99,9%) est concentrée essentiellement dans le noyau.

Question 5

─ STRUCTURE ATOMIQUE ─
G1 ─ Constituants de l’atome.

➤ 1/ Constituants de l’atome. (x2Tab).

a/ Atome. (x4Part)

Part 4 //

• Définition d’un Isotope ?
• Calcul de la masse atomique d’un élément ?

Answer 5

ISOTOPES/
>Def = Atomes d’un même élément avec le même nombre de protons et un nombre de neutrons différents (donc de nucléons différent). [nucléons = protons + neutrons.]
→ même Z mais A (donc N) ≠.

◼️ Masse atomique d’un élément : Moyenne des masses atomiques de ses isotopes naturels en u.m.a ou en g.

Question 6

─ STRUCTURE ATOMIQUE ─
G1 ─ Constituants de l’atome.

➤ 2/ Définitions.

• Mole ?
• Nombre d’Avogadro ?
• Masse molaire ?
• Unité de masse atomique ?

Answer 6

◼️ Mole :

• Quantité de matière d’un système contenant autant de particules individuelles (atomes, molécules ou ions) qu’il y a d’atomes dans 12 g de carbone C avec son A = 12 et son Z = 6.

◼️ Nombre d’Avogadro (ou constante d’Avogadro) - Nᴬ = 6,022 . 10^(23) mol^(-1) :

• Nombre d’entités qui se trouvent dans une mole.
• Il correspond au nombre d’atomes de carbone dans 12 g de l’isotope 12 du carbone.

◼️ Masse molaire - Unité : g.mol^(-1) :

• Masse d’une mole de substance.

◼️ Unité de masse atomique - (u.m.a.) :

• Correspond à 1/12 de la masse d’un atome C (avec son A = 12 et son Z = 6)
• Conversion : 1 u.m.a = (1/Nᴬ) = -1,67 . 10^(-27) kg

Question 7

─ STRUCTURE ATOMIQUE ─
G2 ─ Structure de l’atome : modèles atomiques.

➤ 1/ Historique.

3 modèles :

• Modèles de Thomson (1897)
• Perrin-Rutherford (1911)
• Bohr (1913)

Answer 7

➤ 1/ Historique.

◼️ Modèles de Thomson :

• Les électrons (découvert en 1897), particules localisées, baignaient dans une “soupe” positive.
• Modèle invalidé en 1911 par Rutherford.

◼️ Perrin-Rutherford (1911) :

• Modèle planétaire : l’atome est constitué d’un noyau positif autour duquel tournent des électrons négatifs. Entre le noyau et ses électrons un très grand vide existe.
• Ce modèle est mis à défaut par les équations de Maxwell et des expériences montrant la quantification des niveaux d’énergie.

◼️ Bohr (1913) :

• L’électron se déplace sur des orbites privilégiées centrées sur le noyau, avec une valeur déterminée d’énergie.
• N’explique pas l’effet Zeeman.

Question 8

─ STRUCTURE ATOMIQUE ─
G2 ─ Structure de l’atome : modèles atomiques.

➤ 2/ Structure de l’atome d’après la mécanique ondulatoire.

• Date de modélisation de l’électron ?
• Modélisé par quoi ?
• |Ψ|² représente quoi ?

Answer 8

➤ 2/ Structure de l’atome d’après la mécanique ondulatoire.

◼️ A partir de 1930, l’électron est modélisé par une fonction d’onde : Ψ. Les électrons ne sont plus des “billes” localisées en orbite, mais des nuages de probabilité de présence.

|Ψ|² représente la densité de probabilité de présence de l’électron.

Question 9

─ STRUCTURE ATOMIQUE ─
G2 ─ Structure de l’atome : modèles atomiques.

➤ 3/ Fonction d’onde.

• C’est quoi ?
• Elles dépendent de quoi ?
• Notation ?

Answer 9

➤ 3/ Fonction d’onde.

◼️ La fonction d’onde (ou onde électromagnétique) représente le volume dans lequel la probabilité de présence de l’électron est ≥ 95.

◼️ Les fonctions d’ondes (aussi appelées orbitales atomiques) dépendent de 3 nombres entiers appelés nombres quantiques : n, ℓ, mℓ.

◼️ La fonction d’onde associée à ces 3 nombres quantiques est notée : Ψn,ℓ,mℓ.

Question 10

─ STRUCTURE ATOMIQUE ─
G2 ─ Structure de l’atome : modèles atomiques.

➤ 4/ Les nombres quantiques n, ℓ, mℓ.. (x3Part).

1— > n

Answer 10

☑️ n : Nombre quantique principal !
☑️ entier n ≥ 1

☑️ définit la couche ;
➥ 1 = K, 2 = L, 3 = M, 4 = N, 5 = O.
(lettre = nom de la couche)
(chiffre = n)

☑️ détermine la taille de l’orbitale.
Plus n est grand et plus le diamètre de l’orbitale est grand.

Question 11

─ STRUCTURE ATOMIQUE ─
G2 ─ Structure de l’atome : modèles atomiques.

➤ 4/ Les nombres quantiques n, ℓ, mℓ. (x3Part).

2— > ℓ

Answer 11

☑️ ℓ : Nombre quantique secondaire ou azimutal.
➥ 0 = s, 1 = p, 2 = d, 3 = f, 4 = g, 5 = h, 6 = i.
(chiffre = ℓ)
(lettre = nom de la sous-couche).

☑️ entier 0 ≤ ℓ ≤ n-1
☑️ définit la sous-couche.
☑️ détermine la forme de l’orbitale.

Question 12

─ STRUCTURE ATOMIQUE ─
G2 ─ Structure de l’atome : modèles atomiques.

➤ 4/ Les nombres quantiques n, ℓ, mℓ.. (x3Part).

3— > mℓ ou m.

• Que définit le triplet (n,ℓ,mℓ) ?

Answer 12

☑️mℓ ou m : Nombre quantique magnétique.
➥ s = 1, p = 3, d = 5, f = 7.
(lettre= sous-couche)
(chiffre = nombre d’OA)

☑️ entier -ℓ ≤ mℓ ≤ ℓ
☑️ détermine l’orientation de l’orbitale.

> Le triplet (n,ℓ,mℓ) définit une orbitale (aussi appelée case quantique). Les orbitales d’une même sous-couche sont dites dégénérées (elles ont la même énergie).

Question 13

─ STRUCTURE ATOMIQUE ─
G2 ─ Structure de l’atome : modèles atomiques.

➤ Forme des orbitales atomiques ?

• Nom d’une orbitale ?

💢 SCHÉMA ! 💢

Answer 13

> Orbitales s : 1s, 2s, 3s.

> Orbitales p : px, py, pz.

> Orbitales d :
3d𝓏² ; 3d𝓍²- 𝓎² ;
3d𝓍𝓏 ; 3d𝓍𝓎 ; 3d𝓎𝓏

–> Nom d’une orbitale atomique : n + lettre associée à la valeur de I.

Question 14

─ STRUCTURE ATOMIQUE ─
G2 ─ Structure de l’atome : modèles atomiques.

➤ 5/ Le nombre quantique de spin s ?

• Que décrit le quadruplet (n,ℓ,mℓ,s) ?

Answer 14

• Le nombre quantique de spin s -

☑️ s : Nombre quantique de spin.

s = + 1/2 ou s = -1/2