Atome : noyau, électrons et neutralité

Complète avec le mot qui convient.

1. Le mot « atome » vient du grec atomos, qui signifie .
   Pour Démocrite, l’atome était un grain de matière insécable, qu’on ne peut pas couper.
2. En 1897, Thomson découvre une particule de charge négative : l’.
   Thomson découvre l’électron ; l’atome contient donc des particules plus petites que lui.
3. Dans l’expérience de Rutherford, des particules alpha sont envoyées sur une très fine feuille d’.
   C’est l’expérience de la feuille d’or (1909-1911).
4. En 1932, Chadwick découvre une particule sans charge électrique : le .
   Le neutron, découvert par Chadwick, se trouve dans le noyau avec les protons.
5. Une représentation simplifiée qui explique les expériences connues s’appelle un .
   L’atome se décrit par un modèle : personne n’a jamais vu l’intérieur d’un atome.

Quel scientifique ? Écris son nom.

1. Il imagine l’atome comme une boule de charge positive dans laquelle les électrons sont dispersés :
   Thomson propose ce modèle en 1904, après avoir découvert l’électron.
2. Il propose un noyau minuscule et positif, entouré d’électrons, dans un espace presque vide :
   Rutherford tire ce modèle de l’expérience de la feuille d’or (1911).
3. Au début du XIXe siècle, il décrit les atomes comme de petites boules pleines, différentes pour chaque élément :
   Dalton décrit ainsi les atomes au début du XIXe siècle, bien avant la découverte de l’électron.
4. Philosophe grec du Ve siècle av. J.-C., il pense que la matière est faite de grains, sans pouvoir le vérifier :
   Démocrite a eu l’idée de l’atome, mais sans expérience.

Interprète l’expérience de la feuille d’or : complète chaque phrase.

1. La plupart des particules alpha traversent la feuille sans être déviées : l’atome est surtout fait de .
   Elles ne rencontrent aucun noyau : l’atome est surtout fait de vide (la matière est lacunaire).
2. Les particules alpha et le noyau se repoussent, car ils sont tous deux chargés .
   Deux charges de même signe se repoussent : le noyau est chargé positivement, comme les particules alpha.
3. Les électrons ne dévient presque pas les particules alpha, car ils sont beaucoup plus qu’elles.
   Une particule alpha est environ 7 300 fois plus lourde qu’un électron : les électrons, bien plus légers, ne peuvent pas la renvoyer.
4. Pour renvoyer une particule alpha en arrière, le noyau doit être très petit, mais aussi très .
   Le noyau concentre presque toute la masse de l’atome : il est très lourd et ne recule presque pas.

Complète avec le mot qui convient.

1. Le noyau contient des neutrons et des .
   Le noyau contient des protons (charge positive) et des neutrons.
2. Les particules du noyau sont appelées les .
   Protons et neutrons sont les nucléons.
3. L’électron porte une charge électrique .
   La charge de l’électron est négative : −e = −1,6 × 10⁻¹⁹ C.
4. La charge électrique du neutron est .
   Le neutron n’a pas de charge : sa charge est nulle.
5. Les électrons se déplacent du noyau.
   Les électrons ne sont pas dans le noyau : ils se déplacent autour.

Un atome de béryllium contient 4 protons et 5 neutrons dans son noyau, et 4 électrons autour. Données : e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C ; masse d’un électron 9,1 × 10⁻³¹ kg.

1. Nombre de nucléons :
   Nucléons = protons + neutrons : 4 + 5 = 9.
2. Charge du noyau : × 10⁻¹⁹ C
   Seuls les 4 protons sont chargés : 4 × 1,6 × 10⁻¹⁹ = 6,4 × 10⁻¹⁹ C.
3. Nombre de particules chargées dans tout l’atome :
   4 protons et 4 électrons ; les 5 neutrons ne sont pas chargés : 4 + 4 = 8.
4. Masse totale des électrons : × 10⁻³⁰ kg
   4 × 9,1 × 10⁻³¹ = 36,4 × 10⁻³¹ = 3,64 × 10⁻³⁰ kg.

Raisonne, puis complète.

1. Dans un fil métallique parcouru par un courant, les particules qui se déplacent le long du fil sont des .
   Le courant dans un métal est un déplacement d’électrons libres, qui passent d’atome en atome.
2. Les autres particules des atomes du métal, bien plus lourdes, restent .
   Les noyaux restent en place : seuls des électrons se déplacent.
3. Le proton et le neutron ont presque la même .
   Tous deux ont une masse d’environ 1,67 × 10⁻²⁷ kg ; seule leur charge diffère.
4. Il faut environ électrons pour avoir la masse d’un seul proton.
   1,67 × 10⁻²⁷ ÷ (9,1 × 10⁻³¹) ≈ 1 835 : il faut environ 1 800 électrons (1 836 avec des valeurs plus précises).
5. La masse d’un atome est donc presque entièrement celle de son .
   Les électrons pèsent très peu : la masse de l’atome est presque celle de son noyau.

Données — numéros atomiques : azote 7 ; néon 10 ; sodium 11 ; magnésium 12 ; soufre 16 ; calcium 20. Complète.

1. Un atome de soufre possède protons.
   Z = 16 : le noyau du soufre contient 16 protons.
2. Un atome de calcium possède électrons.
   Un atome est neutre : autant d’électrons que de protons, Z = 20.
3. Un atome dont le noyau contient 12 protons est un atome de .
   Z = 12 : c’est le magnésium.
4. Un atome qui possède 10 électrons est un atome de .
   Atome neutre : 10 électrons, donc 10 protons, Z = 10 : le néon.
5. Un atome d’azote possède protons et électrons.
   Z = 7 : 7 protons et, comme l’atome est neutre, 7 électrons.

Calcule pour chaque atome (le plus courant de l’élément).

1. Fluor : Z = 9 et 19 nucléons. Nombre de neutrons :
   Neutrons = A − Z = 19 − 9 = 10.
2. Arsenic : Z = 33 et 75 nucléons. Nombre de neutrons :
   75 − 33 = 42 neutrons : bien plus que de protons.
3. Zinc : Z = 30 et 64 nucléons. Nombre de neutrons :
   64 − 30 = 34 neutrons.
4. Potassium : 19 protons et 20 neutrons. Nombre de nucléons :
   A = protons + neutrons = 19 + 20 = 39.
5. Mercure : 202 nucléons, dont 122 neutrons. Numéro atomique : Z =
   Z = nucléons − neutrons = 202 − 122 = 80.

Charges et neutralité. Donnée : e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C.

1. Charge du noyau d’un atome de plomb (Z = 82) : × 10⁻¹⁷ C
   82 × 1,6 × 10⁻¹⁹ = 131,2 × 10⁻¹⁹ = 1,312 × 10⁻¹⁷ C.
2. Charge totale de cet atome de plomb : C
   Ses 82 électrons portent −1,312 × 10⁻¹⁷ C : la charge totale est 0, l’atome est neutre.
3. Un noyau porte une charge de 3,84 × 10⁻¹⁸ C. Il contient protons.
   3,84 × 10⁻¹⁸ ÷ (1,6 × 10⁻¹⁹) = 2,4 × 10¹ = 24 protons (c’est le chrome).
4. Un atome a 127 nucléons, dont 74 neutrons. Il possède électrons.
   Protons : 127 − 74 = 53 ; atome neutre : 53 électrons (c’est l’iode).

Masse d’un nucléon : 1,67 × 10⁻²⁷ kg ; on néglige les électrons. Donne la masse de l’atome en notation scientifique (valeur du calcul).

1. Atome de néon, 20 nucléons : × 10⁻²⁶ kg
   20 × 1,67 × 10⁻²⁷ = 33,4 × 10⁻²⁷ = 3,34 × 10⁻²⁶ kg.
2. Atome de titane, 48 nucléons : × 10⁻²⁶ kg
   48 × 1,67 × 10⁻²⁷ = 80,16 × 10⁻²⁷ = 8,016 × 10⁻²⁶ kg.
3. Atome de strontium, 88 nucléons : × 10⁻²⁵ kg
   88 × 1,67 × 10⁻²⁷ = 146,96 × 10⁻²⁷ = 1,4696 × 10⁻²⁵ kg ≈ 1,47 × 10⁻²⁵ kg.
4. Atome d’uranium, 238 nucléons : × 10⁻²⁵ kg
   238 × 1,67 × 10⁻²⁷ = 397,46 × 10⁻²⁷ = 3,9746 × 10⁻²⁵ kg ≈ 3,97 × 10⁻²⁵ kg.

Combien d’atomes ? Convertis d’abord la masse de l’échantillon en kg.

1. Une feuille d’aluminium de cuisine de 2,7 g (atome d’aluminium : 4,5 × 10⁻²⁶ kg) contient × 10²² atomes.
   2,7 g = 2,7 × 10⁻³ kg ; 2,7 × 10⁻³ ÷ (4,5 × 10⁻²⁶) = 0,6 × 10²³ = 6 × 10²² atomes.
2. Une pépite d’or de 9,9 g (atome d’or : 3,3 × 10⁻²⁵ kg) contient × 10²² atomes.
   9,9 × 10⁻³ ÷ (3,3 × 10⁻²⁵) = 3 × 10⁻³⁺²⁵ = 3 × 10²² atomes.
3. Un petit ballon contient 0,66 g d’hélium (atome d’hélium : 6,6 × 10⁻²⁷ kg) : × 10²³ atomes.
   0,66 × 10⁻³ ÷ (6,6 × 10⁻²⁷) = 0,1 × 10²⁴ = 1 × 10²³ atomes.
4. Un haltère en fer de 1,86 kg (atome de fer : 9,3 × 10⁻²⁶ kg) contient × 10²⁵ atomes.
   La masse est déjà en kg : 1,86 ÷ (9,3 × 10⁻²⁶) = 0,2 × 10²⁶ = 2 × 10²⁵ atomes.

Raisonne avec les masses. Données : nucléon 1,67 × 10⁻²⁷ kg ; électron 9,1 × 10⁻³¹ kg.

1. Un atome a une masse de 1,4 × 10⁻²⁵ kg. Il contient environ nucléons.
   1,4 × 10⁻²⁵ ÷ (1,67 × 10⁻²⁷) ≈ 83,8 : environ 84 nucléons (c’est le krypton).
2. Cet atome de krypton a 36 électrons. Leur masse totale : × 10⁻²⁹ kg
   36 × 9,1 × 10⁻³¹ = 327,6 × 10⁻³¹ = 3,276 × 10⁻²⁹ kg.
3. Ces électrons représentent environ % de la masse de l’atome (arrondi au centième).
   3,276 × 10⁻²⁹ ÷ (1,4 × 10⁻²⁵) ≈ 2,3 × 10⁻⁴, soit 0,02 % : on peut les négliger.
4. Un échantillon contient 3 × 10²² atomes de 64 nucléons chacun. Sa masse : g (arrondi au dixième)
   Un atome : 64 × 1,67 × 10⁻²⁷ = 1,0688 × 10⁻²⁵ kg. Échantillon : 3 × 10²² × 1,0688 × 10⁻²⁵ = 3,2064 × 10⁻³ kg ≈ 3,2 g.