Atome : noyau, électrons et neutralité

Document. En 1909, Hans Geiger et Ernest Marsden, qui travaillent dans le laboratoire d’Ernest Rutherford, envoient des particules alpha (chargées positivement, environ 7 300 fois plus lourdes qu’un électron) sur une très fine feuille de métal. Presque toutes traversent la feuille sans être déviées ; quelques-unes, très rares, sont renvoyées vers l’arrière. En 1936, Rutherford racontera : « C’était presque aussi incroyable que si vous tiriez un obus de 15 pouces sur une feuille de papier de soie et qu’il revenait vous frapper. » Avant cette expérience, le modèle de Thomson décrivait l’atome comme une boule de charge positive dans laquelle les électrons sont dispersés.

1. a)Quelle observation du document montre que l’atome est surtout fait de vide ? Explique.
2. b)Pourquoi les particules renvoyées vers l’arrière ont-elles tant surpris Rutherford ? Appuie-toi sur le modèle de Thomson.
3. c)Quelles propriétés du noyau Rutherford déduit-il de ces rebonds ? Donnes-en trois.
4. d)On dit que l’atome est surtout fait de vide. Pourquoi ne peut-on pas, pour autant, passer la main à travers une table ?

Voici le schéma d’un atome. Les particules sont repérées par les lettres a, b et c. Donnée : e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C.

1. a)Nomme les particules a, b et c, et donne la charge électrique de chacune.
2. b)Combien le noyau contient-il de nucléons ? Quel est le numéro atomique Z de cet atome ?
3. c)Calcule la charge du noyau, puis celle de l’ensemble des électrons. Conclus.
4. d)Ce schéma n’est pas à l’échelle. Qu’est-ce qui y est très exagéré par rapport à un atome réel ?

Voici quatre atomes (les plus courants de leur élément). Donnée : e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C.

1. a)Complète les lignes de l’hélium et du brome.
2. b)Complète les lignes du manganèse et du cobalt.
3. c)Un élève affirme : « Le cobalt a autant de neutrons que de protons, comme l’hélium. » Corrige-le.
4. d)Le noyau d’un de ces atomes porte une charge de 4 × 10⁻¹⁸ C. Lequel ? Justifie par un calcul.

Au laboratoire, on utilise un fil de platine pour les tests de flamme. Ce fil a une masse de 0,65 g. Un atome de platine contient 78 protons et 117 neutrons. Données : masse d’un nucléon 1,67 × 10⁻²⁷ kg ; masse d’un électron 9,1 × 10⁻³¹ kg.

1. a)Calcule la masse d’un atome de platine en négligeant ses électrons. Donne le résultat en notation scientifique, arrondi au centième.
2. b)Calcule le nombre d’atomes de platine dans le fil (un chiffre significatif).
3. c)Combien d’électrons le fil contient-il ?
4. d)Calcule la masse de tous ces électrons, en mg. Avait-on raison de les négliger ?

Les fils électriques d’une maison sont en cuivre, l’élément de numéro atomique Z = 29. L’atome de cuivre le plus courant contient 34 neutrons. Données : e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C ; masse d’un nucléon 1,67 × 10⁻²⁷ kg ; masse d’un électron 9,1 × 10⁻³¹ kg.

1. a)Que se passe-t-il, à l’échelle des atomes, quand un courant électrique parcourt un fil de cuivre ?
2. b)Calcule la charge du noyau d’un atome de cuivre, puis la charge totale de ses électrons. Quelle est la charge de l’atome ?
3. c)Un élève affirme : « Si l’on retirait tous ses électrons à un atome de cuivre, sa masse serait divisée par deux, puisqu’il a autant d’électrons que de protons. » Montre par un calcul qu’il se trompe.
4. d)Un morceau de fil débranché de 1 g contient plus de 10²³ électrons, et pourtant il n’est pas chargé électriquement. Explique.