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 : Une idée qui a mis 2 500 ans à se préciser, La structure de l'atome : un noyau et des électrons, Les trois particules et leurs charges, Pourquoi l'atome est électriquement neutre. 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.
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Une idée qui a mis 2 500 ans à se préciser
Le mot atome vient du grec atomos, « qu'on ne peut pas couper ». L'idée est ancienne, mais le modèle utilisé aujourd'hui est récent : il a fallu des expériences pour le construire.
Définition. Un modèle, en sciences, est une représentation simplifiée du réel. Il est utile tant qu'il explique les expériences ; on le remplace dès qu'une expérience le met en défaut.
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La structure de l'atome : un noyau et des électrons
Définition. Un atome est constitué d'un noyau central, chargé positivement, autour duquel se déplacent des électrons, chargés négativement. Le noyau contient des protons et des neutrons, appelés ensemble les nucléons.
Attention ! Les électrons ne sont pas dans le noyau : ils se déplacent autour. Dire « l'atome est fait de protons, de neutrons et d'électrons » est juste ; dire « le noyau est fait de protons, de neutrons et d'électrons » est faux.
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Les trois particules et leurs charges
| Particule | Où ? | Charge électrique | Masse |
|---|---|---|---|
| Proton | dans le noyau | positive : $+e$ | $1{,}67 \times 10^{-27}$ kg |
| Neutron | dans le noyau | nulle | $1{,}67 \times 10^{-27}$ kg |
| Électron | autour du noyau | négative : $-e$ | $9{,}1 \times 10^{-31}$ kg |
À connaître. La charge élémentaire vaut $e = 1{,}6 \times 10^{-19}$ C (le coulomb, de symbole C, est l'unité de charge électrique). Le proton porte la charge $+e$, l'électron la charge $-e$ : elles sont opposées et de même valeur.
Astuce. Un proton est environ 1 800 fois plus lourd qu'un électron : $\dfrac{1{,}67 \times 10^{-27}}{9{,}1 \times 10^{-31}} \approx 1\,835$. C'est pourquoi on dit que presque toute la masse de l'atome est dans son noyau.
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Pourquoi l'atome est électriquement neutre
Règle. Dans un atome, le nombre d'électrons est toujours égal au nombre de protons. Les charges $+e$ et $-e$ se compensent exactement : la charge totale est nulle, l'atome est électriquement neutre.
Exemple. L'atome d'oxygène possède 8 protons, donc 8 électrons. Charge totale : $8 \times (+e) + 8 \times (-e) = 0$.
Attention ! Le nombre de neutrons n'intervient pas dans la neutralité : le neutron ne porte aucune charge. Un atome peut avoir plus de neutrons que de protons (l'or en a 118 pour 79 protons) tout en restant neutre.
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Le numéro atomique Z et le nombre de masse A
Définitions. Le numéro atomique $Z$ est le nombre de protons du noyau. Le nombre de masse $A$ est le nombre total de nucléons (protons + neutrons). On en déduit le nombre de neutrons : $N = A - Z$.
On écrit l'atome sous la forme $^{A}_{Z}\mathrm{X}$, où X est le symbole de l'atome.
Exemple. $^{12}_{6}\mathrm{C}$ : $Z = 6$ protons, $A = 12$ nucléons, donc $N = 12 - 6 = 6$ neutrons, et 6 électrons puisque l'atome est neutre.
| Atome | Symbole | $Z$ (protons) | Électrons |
|---|---|---|---|
| hydrogène | H | 1 | 1 |
| hélium | He | 2 | 2 |
| carbone | C | 6 | 6 |
| azote | N | 7 | 7 |
| oxygène | O | 8 | 8 |
| aluminium | Al | 13 | 13 |
| chlore | Cl | 17 | 17 |
| fer | Fe | 26 | 26 |
Astuce. C'est $Z$, et lui seul, qui identifie l'atome : tout noyau à 6 protons est un noyau de carbone, quel que soit son nombre de neutrons.
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L'atome est essentiellement constitué de vide
Ordres de grandeur. Diamètre d'un atome : environ $1 \times 10^{-10}$ m. Diamètre de son noyau : environ $1 \times 10^{-15}$ m. Le noyau est donc environ 100 000 fois plus petit que l'atome.
Exemple. Si le noyau avait la taille d'une bille de $1$ cm de diamètre, l'atome mesurerait $1 \times 10^{5}$ cm, soit $1$ km : entre les deux, il n'y a que du vide parcouru par les électrons.
Attention ! « L'atome est plein de vide » ne veut pas dire « la matière est vide » : c'est bien la répulsion entre les électrons des atomes voisins qui empêche ta main de traverser la table.
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Méthode : décrire un atome à partir de son écriture
Exemple. $^{27}_{13}\mathrm{Al}$ : $Z = 13$ donc 13 protons et 13 électrons ; $A = 27$ donc $27 - 13 = 14$ neutrons. Charge du noyau : $+13e$ ; charge totale de l'atome : nulle.
Astuce. Vérifie toujours la cohérence : $N$ doit être un nombre entier positif ou nul, et pour les atomes légers $N$ est proche de $Z$.
En bref
- Un atome = un noyau (protons + neutrons) entouré d'électrons en mouvement.
- Charges : proton $+e$, électron $-e$, neutron nulle, avec $e = 1{,}6 \times 10^{-19}$ C.
- Dans un atome, nombre d'électrons = nombre de protons ⇒ l'atome est neutre.
- $Z$ = nombre de protons (il identifie l'atome) ; $A$ = nombre de nucléons ; $N = A - Z$.
- Masse d'un nucléon $\approx 1{,}67 \times 10^{-27}$ kg, masse de l'électron $\approx 9{,}1 \times 10^{-31}$ kg : la masse est concentrée dans le noyau.
- Atome $\approx 10^{-10}$ m, noyau $\approx 10^{-15}$ m : l'atome est essentiellement du vide.
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