Leçon 2 — Structure de l atome — Physique-Chimie Seconde C

I. Situation d’apprentissage

En 2nde C, les élèves apprennent que la matière est constituée d’atomes dont la structure est bien organisée. Avec leur professeur de Physique-Chimie, ils apprennent à :

identifier les constituants de l’atome ;
définir un nucléide et des isotopes ;
écrire la structure électronique d’atomes simples ;
et représenter les atomes par des schémas de Lewis.

II. Constituants de l’atome

1. L’électron

Symbole : e⁻
Masse : m_e = 9,1 × 10⁻³¹ kg
Charge : q_e = −e = −1,6 × 10⁻¹⁹ C

La quantité e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C est la charge élémentaire, unité de base des charges électriques.

2. Le noyau

Le noyau d’un atome est formé de nucléons :

Particule	Symbole	Charge	Masse (kg)
Proton	p	+e = +1,6 × 10⁻¹⁹ C	m_p ≈ 1,67 × 10⁻²⁷
Neutron	n	0	m_n ≈ 1,67 × 10⁻²⁷

Un atome comprend :

un noyau central chargé positivement ;
des électrons négatifs qui gravitent autour du noyau.

III. Nucléides, isotopes et élément chimique

1. Numéro atomique Z et nombre de masse A

Numéro atomique Z : nombre de protons du noyau.
Nombre de masse A : nombre total de nucléons (protons + neutrons).
Nombre de neutrons N : N = A − Z.

2. Nucléide

Un nucléide regroupe tous les atomes dont le noyau possède le même couple (Z, A). On le note :
^A_ZX avec X symbole chimique.

Exemples : ¹⁶₈O, ²³₁₁Na, etc.

3. Isotopes

Deux nucléides sont isotopes s’ils ont le même Z mais des A différents.

Exemples :

¹⁶₈O et ¹⁸₈O (isotopes de l’oxygène).
¹²₆C, ¹³₆C, ¹⁴₆C (isotopes du carbone).

4. Élément chimique et électroneutralité

Un élément chimique est l’ensemble des nucléides ayant le même numéro atomique Z.
Exemples : hydrogène (Z = 1), azote (Z = 7), chlore (Z = 17), cuivre (Z = 29)…

Électroneutralité : dans un atome, la charge positive du noyau est compensée par la charge négative des électrons.
Un atome neutre vérifie donc : nombre de protons = nombre d’électrons.

IV. Masse et dimensions de l’atome

1. Masse de l’atome

On a : m_p ≈ m_n ≈ 1,67 × 10⁻²⁷ kg et m_e ≈ 9,1 × 10⁻³¹ kg, donc :

m_p ≈ 1836 × m_e
La masse de l’atome est concentrée dans le noyau (les électrons sont très légers).
On peut approcher : m_at ≈ A × m_p.

2. Taille de l’atome

Le rayon de l’atome est environ 100 000 fois supérieur à celui de son noyau.
Entre le noyau et les électrons, il existe un grand vide : on parle de structure lacunaire.

V. Structure électronique et couches

1. Couches électroniques

Les électrons occupent des couches électroniques notées K, L, M, N… autour du noyau.

2. Nombre maximal d’électrons par couche

Pour une couche d’ordre n, le nombre maximal d’électrons est : 2n²

Ordre de la couche n	1	2	3	4
Désignation	K	L	M	N
Nombre max. d’électrons	2	8	18	32

3. Règles de remplissage

Les électrons se placent d’abord sur la couche K, puis L, puis M…
Une couche contenant 2n² électrons est saturée.
La dernière couche occupée est la couche externe ou couche de valence.

VI. Formule électronique et représentation de Lewis

1. Formule électronique

La formule électronique indique la répartition des électrons sur les différentes couches (K, L, M, N…).

Exemple : pour l’aluminium Al (Z = 13) :

13 électrons au total ;
Formule électronique : K² L⁸ M³.

2. Représentation de Lewis

La représentation de Lewis montre uniquement les électrons de la couche externe autour du symbole de l’élément :

points pour les électrons célibataires ;
tirets pour les doublets d’électrons.