À propos de cette page
Ce cours de chimie en cinquième sur « Le modèle atomique » suit le programme officiel de chimie de cinquième. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : L'atome : une entité microscopique, La structure de l'atome : noyau et électrons, Les particules du noyau : protons et neutrons, Le numéro atomique Z et le nombre de masse A. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de cinquième à réussir en chimie.
Au programme
1 · L'atome : une entité microscopique
2 · La structure de l'atome : noyau et électrons
3 · Les particules du noyau : protons et neutrons
4 · Le numéro atomique Z et le nombre de masse A
5 · Neutralité électrique de l'atome
6 · Les couches électroniques
7 · Le symbole chimique et le tableau périodique
8 · Taille et ordre de grandeur des atomes
1L'atome : une entité microscopique
La matière qui nous entoure — l'eau, l'air, les roches, notre corps — est composée d'atomes. Un atome est la plus petite entité chimique caractéristique d'un élément chimique.
Définition. Un atome est une particule extrêmement petite, électriquement neutre, constituée d'un noyau chargé positivement entouré d'électrons chargés négativement.
Les atomes sont invisibles à l'œil nu : leur diamètre est de l'ordre de 10−10 m (un dixième de nanomètre). Si l'on pouvait aligner des atomes côte à côte, il en faudrait environ 10 millions pour couvrir 1 mm.
Bon à savoir. L'existence des atomes a été confirmée expérimentalement au début du XXe siècle. Le modèle atomique a évolué avec les découvertes scientifiques (Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr…).
2La structure de l'atome : noyau et électrons
Un atome est composé de deux parties :
- Le noyau, situé au centre de l'atome, très petit (environ 10−15 m) mais très dense, chargé positivement.
- Le nuage électronique, formé d'électrons qui gravitent autour du noyau sur des couches électroniques.
Exemple. L'atome d'hydrogène est le plus simple : il possède un noyau constitué d'un seul proton, et un seul électron qui gravite autour.
Attention ! Le noyau est beaucoup plus petit que l'atome. Si l'atome avait la taille d'un stade de football, son noyau serait de la taille d'une petite balle. L'atome est donc essentiellement… du vide !
3Les particules du noyau : protons et neutrons
Le noyau est lui-même composé de deux types de particules appelées nucléons :
| Particule | Charge | Lieu |
|---|
| Proton (p+) | Positive (+1) | Dans le noyau |
| Neutron (n°) | Nulle (0) | Dans le noyau |
| Électron (e−) | Négative (−1) | Autour du noyau |
Définition. Les protons et les neutrons sont les particules constituant le noyau. Ensemble, on les appelle des nucléons.
La charge d'un proton est égale en valeur absolue à la charge d'un électron, mais de signe opposé.
4Le numéro atomique Z et le nombre de masse A
Deux nombres permettent de caractériser complètement un atome :
Numéro atomique Z (= nombre de protons) : caractérise l'élément chimique. Deux atomes de même Z appartiennent au même élément.
Nombre de masse A (= nombre de nucléons) : A = nombre de protons + nombre de neutrons, donc A = Z + N où N est le nombre de neutrons.
La notation symbolique d'un atome est : AZX où X est le symbole de l'élément.
Exemples.
• Carbone : 126C → Z = 6 protons, A = 12, donc N = 12 − 6 = 6 neutrons.
• Oxygène : 168O → Z = 8 protons, A = 16, N = 8 neutrons.
• Sodium : 2311Na → Z = 11 protons, A = 23, N = 12 neutrons.
Attention ! A est toujours supérieur ou égal à Z (il y a autant ou plus de neutrons que de protons dans la plupart des atomes stables).
5Neutralité électrique de l'atome
Un atome est électriquement neutre : la charge totale de l'atome est nulle.
Règle de neutralité. Dans un atome neutre, le nombre d'électrons est égal au nombre de protons :
nombre d'électrons = Z
Exemple. L'atome de chlore a Z = 17 : il possède donc 17 protons (charge +17) et 17 électrons (charge −17). La charge totale = +17 + (−17) = 0 → neutre.
Lorsqu'un atome perd ou gagne des électrons, il devient un ion (chargé positivement ou négativement). Mais cela sera étudié dans un chapitre ultérieur.
Astuce. Pour vérifier la neutralité : additionne les charges. Si la somme vaut 0, l'atome est bien neutre.
6Les couches électroniques
Les électrons ne gravitent pas n'importe comment autour du noyau : ils occupent des couches électroniques (ou niveaux d'énergie), notées K, L, M…
Règles de remplissage des couches (programme 5e) :
• Couche K (la plus proche du noyau) : 2 électrons maximum.
• Couche L : 8 électrons maximum.
• Couche M : 8 électrons maximum (simplification au collège).
On remplit toujours de la couche la plus proche du noyau vers l'extérieur.
| Élément | Z | Couche K | Couche L | Couche M |
|---|
| Hydrogène H | 1 | 1 | — | — |
| Hélium He | 2 | 2 | — | — |
| Carbone C | 6 | 2 | 4 | — |
| Oxygène O | 8 | 2 | 6 | — |
| Sodium Na | 11 | 2 | 8 | 1 |
| Chlore Cl | 17 | 2 | 8 | 7 |
Astuce. La couche externe (dernière couche occupée) détermine les propriétés chimiques de l'élément.
7Le symbole chimique et le tableau périodique
Chaque élément chimique est représenté par un symbole chimique : une lettre majuscule parfois suivie d'une lettre minuscule (notation internationale).
Exemples de symboles courants :
• Hydrogène → H ; Carbone → C ; Azote → N ; Oxygène → O
• Sodium → Na (du latin Natrium) ; Fer → Fe (du latin Ferrum)
• Chlore → Cl ; Calcium → Ca ; Cuivre → Cu (du latin Cuprum)
Tous les éléments sont classés dans le tableau périodique de Mendeleïev, où chaque case indique le symbole, le numéro atomique Z et la masse atomique.
Rappel. Dans le tableau périodique :
• Les éléments d'une même colonne ont le même nombre d'électrons sur leur couche externe (propriétés chimiques similaires).
• Les éléments d'une même ligne ont le même nombre de couches électroniques.
8Taille et ordre de grandeur des atomes
Les atomes sont extrêmement petits. Il est important de connaître les ordres de grandeur.
| Grandeur | Ordre de grandeur |
|---|
| Diamètre de l'atome | ≈ 10−10 m = 0,1 nm |
| Diamètre du noyau | ≈ 10−15 m = 1 fm |
| Rapport noyau/atome | ≈ 1/100 000 |
Attention aux unités !
• 1 nm (nanomètre) = 10−9 m
• 1 pm (picomètre) = 10−12 m
• 1 fm (femtomètre) = 10−15 m
Moyen mnémotechnique. Pour mémoriser que l'atome est essentiellement du vide : si le noyau était une orange au centre d'un terrain de foot, les électrons se trouveraient dans les tribunes !
★À retenir
À retenir :
• Un atome est composé d'un noyau (protons + neutrons) et d'électrons autour du noyau.
• Z = nombre de protons (numéro atomique) ; A = nombre de nucléons (nombre de masse).
• Nombre de neutrons : N = A − Z.
• Atome neutre : nombre d'électrons = nombre de protons (= Z).
• Les électrons occupent des couches K (max 2), L (max 8), M (max 8).
• Notation : AZX.
• Diamètre de l'atome ≈ 10−10 m.