Chimie: Les atomes

1. Les constituants de l'atome

La matière est constitué d'atomes. un atome est constitué d'un noyau autour duquel gravitent des électrons.

Le noyau est formé de nucléons. Chaque nucléon est constitué de neutrons et de protons.
Le électrons portent de charges négatives, les prorons portent des charges positives; mais les neutroons sont électriquement neutres.

Le nombre d'électrons d'un atome est noté N. Son nombre de protons est noté Z et est appelé numéro atomique .

Chaque atome possède une masse appelée masse atomique . On la note A. Elle est égale à la somme du nombre de protons et du nombre de neutrons.
En chimie, un atome est appelé élement puisqu'il sert à construire des molécules.

L'élement est représenté par un symbole caractérisé par une lettre X.
Ainsi, l'ecriture ^A_ZX représente l'élement X de masse atomique A et de numéro atomique Z.

Un atome qui possède Z électrons possède aussi Z protons. Si l'atome perd des électrons, il devient un cation. S'il en gagne, il devient un anion . Les protons, de charges positives et les électrons, de chrages négatives s'attirent mutuellement par des forces électrostatiques dites de Coulomb.

Le nombre de protons, dans un atome est égal au nombre de ses neutrons. Le nombre de protons ne varient pas. Si le nombre de neutrons est supérieur au nombre de protons au sein d'un atome, on dit que l'atome est un isotope.

Pour un atome, ses isotopes diffèrent du nombre des neutrons.

Constituants de l'atome
Constituant	Symbole	Charge élecrique (C)	Masse (kg)
Proton	p	e= 1,602.10-19	mp=1,6726.10-27
Neutron	n	0	mn=1,6749.10-27
Électron	e-	-1,602.10- 19	me=9,1094.10-31

Les électrons, dans un atome, se logent dans des couches et des sous-couches. La dernière couche est dite couche externe ou de valence ou périphérique.

Exemples

Exemple 1:
L'atome d'hydrogène est représenté par le symbole H. Il possède un proton, donc Z = 1 et aucun neutron. L'abandance de cet atome est de 99,985 %. On le note 1₁H.
Son isotope ²₁H possède un proton et un neutron, donc sa masse atomique est égale à 2. On note Z =1 et A = 2. Son abandance est de 0.015 %.

Exemple 2:
L'atome de carbone est représenté par le symbole C. Il possède 6 protons (donc Z = 6), et 6 neutrons. On le note ¹²₆C.
Son isotope ¹⁴₆C possède toujours 6 protons, mais 8 neutrons, donc sa masse atomique est égale à 14. On note Z = 6 et A = 14.

La masse du proton est patiquement égale à celle du neutron. La masse d'un éléctron est 1836 fois plus petite que celle d'un proton ou d'un neutron. Donc la masse de l'atome est pratiquement égale à celle de ses nucléons, c'est à dire de son noyau.

2. La masse atomique

Quelle est la masse d'un atome?
On utilise l'atome de carbone.
On prend 12 grammes exactement de carbone ¹²₆C pur.
Dans 12 grammes de carbone ¹²₆C pur, il ya une mole d'atome de carbone.
Une mole de "choses" est égale à 6.023 x 10²³ "choses". Donc 6.023 x 10²³ atomes de carbone pèsent 12 grammes; et donc 1 atome de carbone pèse 12 grammes/6.023 x 10²³ = 2.0 x 10^{- 23} g ramme = 1.992 x 10^{- 26} kg. N_A = 6.023 x 10²³ est le nombre d'Avogadro.

Combien pèse un proton?
On sait que la masse d'un atome est égale à la masse de ses nucléons, c'est à dire la masse de ses protons et de ses neutrons. La masse du neutron est pratiquement égale à celle du proton. Donc, dans l'atome de carbone, les 12 nucléons pèsent 1.992 x 10^{- 26} kg, et par conséquent, un nucléon pèse 1.660 x 10^{- 27} kg; c'est l'unité de masse atomique.

12 grammes est la masse d'une mole de carbonne ¹²₆C (ou de carbone tout court, c'est à dire le plus stable). On dit que la masse molaire du carbone est égale à 12 grammes par mole. On note M = 12 g/mol.

À partir de l'unité de masse atomique, on peut connaitre la masse de chaque atome,c'est à dire sa masse atomique. La masse d'un atome est égale au nombre de ses nucléons fois l'unité de masse atomique.

Exemple:
L'atome de calcium possède 20 protons et 20 neutrons, donc 40 nucléons. Sa masse est donc égale à: 40 x 1.660 x 10^{- 27} kg = 6.64 x 10^{- 26} kg.
Sa masse molaire, c'est à dire la masse d'une mole de Calcium vaut donc: 6.64 x 10^{- 26} x 6.023 x 10²³ kg = 39.993 x 10^{- 3} kg ≈ 40 grammes.

3. Classification des élements

Les atomes sont classés dans la table périodique des éléments dite table de Mendeleïev. Dans ce tableau, les lignes sont appelées des périodes et les colonnes sont appelés des groupes ou familles. Les périodes sont en nombre de 7; les familles en nombre de 18 (18 clonnes). La première famille est celle des alcalins, la deuxième celle de alcalino-terreux, l'avant dernière (17 ème) celle des halogènes et la dernière (18 ème) celle des gar rares, inertes ou nobles.

Les couches de valence des éléments d'une même famille comportent le même nombre d'électrons. Les élements d'une même famille ont les mêmes propiétés chimiques.

On classe les élements en trois grandes parties:
Les métaux, les métalloides, et les non-métaux.

Les métalloides:
Ils sont tous des solides. On les trouve entre les métaux et les non-métaux. Ce sont: Le Bore, le Silicium, le Gérmanium, l'Arsenic, l'Antimoine, le Tellure, le Polonium et l'Astate.

Les non-métaux:
- Gaz: L'hydrogène, l'Azote, l'oxygène, le fluore, le Chlore et tous les gaz rares.
- Liquides: Le brome
- Solides: Le Carbone, le Phosphore, le Soufre, le Sélénium et l'iode.
Ils sont placés dans les colonnes de droite.

Les métaux:
Ce sont les élements qui restent. Ils sont tous des solides sauf le Mercure qui est liquide. Ils sont placés dans les colonnes de gauche.

4. La formation des molécules

À part les gaz rares, les atomes on tendance à s'associer pour former des groupements appelés molécules. Les atomes ne s'attachent entre eux qu'avec des liaisons électrostatiques. Dans une liaison, il y a des donneurs d'électrons appelés électropositifs et des accepteurs d'électrons appelés électronégatifs. . Un atome est électronégatif s'il est capable d'attirer des électrons. Les métaux sont électropositifs et les non-métaux sont électronégatifs. Les alcalins sont les moins électronégatifs. La famille du Fluor est par contre, la plus électronégative.
En se basant sur les énergies de liaison de l'atome dans une molécule, Pauling a défini une échelle de mesure de l'électronégativité des atomes allant de 3.98 pour le Fluor jusqu'à 0.79 pour le Francium.