L'atome, le constituant élémentaire de la matière.

✦ Qu'est-ce qu'un atome ?

✦ Comment l'atome est-il structuré ?

✦ Quels sont les constituants de l'atome ?

✦ De quoi le nuage électronique de l'atome est-il constitué ?

✦ Quelques exemples d'atomes et leur numéro atomique..

✦ De quoi le noyau de l'atome est-il constitué ?

✦ Que signifie le terme proton ?

✦ Que signifie le terme neutron ?

✦ Quelle est la charge électrique d'un atome ?

✦ Conclusion :

Schéma d'un atome de Carbone, les électrons en gris, les protons en rouge et les neutrons en bleu.

🔷 Qu'est-ce qu'un atome ?

Un atome est la plus petite quantité de matière constituant un corps pur simple. C'est le constituant élémentaire de la matière. Il est de taille microscopique. Le terme atome provient du mot grec atomos qui signifie indivisible.
Depuis l'antiquité, certains philosophes grecs admettaient que la matière est formée de petites particules indivisibles ou incassables. Mais ce n'était qu'une hypothèse, aucune observation sérieuse ne permettait de la confirmer. Ce n'était que vers le dix-neuvième siècle que des recherches sérieuses, basées sur des observations et des expériences, permettaient de confirmer la théorie corpusculaire de la matière.
La découverte des rayons X, en 1895 par le physicien allemand Wilhelm Röntgen, et la découverte de la radioactivité, en 1896 par Henri Becquerel et Marie Curie, ont permis de mieux comprendre la structure des atomes. À partir de cette époque, des progrès ont été réalisés dans le domaine d'étude des atomes.

Les différents constituants de l'atome ont été découverts au début du vingtième siècle, durant la période qui s'étendait entre 1895 et 1932. Au milieu du vingtième siècle, l'observation directe de l'atome devenait possible à l'aide de l'invention du microscope électronique en transmission. Actuellement, les études approfondies de l'atome montrent qu'il est divisible, contrairement à ce qui était admis auparavant par les philosophes grecs. Alors, l'atome est constitué par des particules subatomiques qui sont des électrons, des protons et des neutrons.   

🔷 Comment l'atome est-il structuré ?

L'atome est constitué de deux parties distinctes : une partie centrale et une partie périphérique. 

1. La partie centrale est le noyau de l'atome. Le noyau atomique contient des nucléons qui sont des particules de nature différente. Ce sont les protons et les neutrons. 

2. La partie périphérique est le nuage électronique. cette partie est formée par des électrons, ces derniers sont des particules qui tournent autour du noyau atomique.

🔷 Quels sont les constituants de l'atome ?

Comme nous l'avons vu l'atome comprend deux parties différentes, le nuage électronique qui occupe la partie périphérique de l'atome et le noyau qui occupe la partie centrale. De quoi donc le noyau et le nuage électronique sont-ils formés ?

◉ De quoi le nuage électronique de l'atome est-il constitué ?

Le nuage électronique est formé d'un ensemble d'électrons. Ces électrons sont des particules qui gravitent autour du noyau. Tous les électrons de tous les atomes sont identiques. Ils ont tous la même masse et la même charge électrique. Le symbole de l'électron est : e-.

L'électron est pourvu d'une charge électrique, c'est la plus petite charge électrique connue. On l'appelle charge électrique élémentaire. Sa valeur absolue est notée e, e=1,602×10⁻¹⁹ C. La charge électrique de l'électron est négative. on la note : -e. La charge de l'électron est : -e=-1,602×10⁻¹⁹ C. La masse de l'électron est :
me⁻= 9,1094×10⁻³¹ Kg. Si un atome possède Z électrons qui tournent autour de son noyau, la charge électrique de cet ensemble d'électrons est :-e×Z = -Ze = -Z×1,602×10⁻¹⁹ C. Ce nombre Z qui est le nombre d'électrons qui sont en mouvement autour du noyau est appelé numéro atomique de l'atome. 

Le nombre Z est appelé le numéro atomique de l'atome.

Quelques exemples d'atomes et de leur numéro atomique : 

1. L'atome d'Hydrogène possède un seul électron qui tourne autour de son noyau. Son numéro atomique est Z=1. Les atomes d'Hydrogène sont définis par le numéro atomique Z=1.

2. L'atome d'Hélium a 2 électrons qui sont en mouvement autour de son noyau. Son numéro atomique est Z=2. Les atomes d'Hélium sont définis par le numéro atomique Z=2.

3. L'atome de Carbone possède 6 électrons qui gravitent autour de son noyau. Son numéro atomique est Z=6. Les atomes de Carbone sont définis par le numéro atomique Z=6.

4. L'atome d'Azote a 7 électrons qui sont en mouvement autour de son noyau. Son numéro atomique est Z=7. Les atomes d'Azote sont définis par le numéro atomique Z=7.

5. L'atome d'Oxygène possède 8 électrons dans son nuage électronique. Son numéro atomique est Z=8. Les atomes d'Oxygène sont définis par le numéro atomique Z=8.

6. L'atome de Sodium a 11 électrons qui tournent autour de son noyau. Son numéro atomique est Z=11. Les atomes de Sodium sont définis par le numéro atomique Z=11.

7. L'atome de Magnésium possède 12 électrons autour de son noyau. Son numéro atomique est Z=12. Les atomes de Magnésium sont définis par le numéro atomique Z=12.

8. L'atome d'Aluminium a 13 électrons qui gravitent autour de son noyau. son numéro atomique est Z=13. Les atomes d'Aluminium sont définis par le numéro atomique Z=13.

9. L'atome de Calcium possède 20 électrons autour de son noyau. Son numéro atomique est Z=20. Les atomes de Calcium sont définis par le numéro atomique Z=20.

10. L'atome d'Uranium possède 92 électrons qui sont en mouvement autour de son noyau. son numéro atomique est Z=92. Les atomes d'Uranium sont définis par le numéro atomique Z=92.

Jusqu'à nos jours, 118 types d'atomes ont été découverts, le numéro atomique Z de ces éléments varie donc de Z=1 jusqu'à Z=118.

◉ De quoi le noyau de l'atome est-il constitué ?

Le noyau atomique est constitué de nucléons qui sont des particules appartenant à deux catégories : les protons et les neutrons.

◇ Que signifie le terme proton ?

Un proton est une particule qui fait partie du noyau de l'atome. Le proton est chargé positivement. Il porte la charge électrique positive +e. Cette charge électrique est la charge électrique élémentaire. Sa valeur est : e=+1,602.10⁻¹⁹ C. La masse du proton est de : mp=1,673.10⁻²⁷ kg.

Le nombre de protons qui se trouve dans le noyau atomique diffère d'un atome à l'autre.
Dans un atome quelconque, Le nombre de protons est égal au nombre d'électrons qui est représenté par le numéro atomique Z, c'est à dire, si l'atome possède Z électrons, le noyau contient Z protons. Chaque atome est caractérisé par son numéro atomique Z qui représente le nombre d'électrons et le nombre de protons existant dans cet atome.

Exemples :

1. L'atome d'Hydrogène possède 1 électron, son noyau contient 1 proton.

2. L'atome de Lithium possède 3 électrons, son noyau contient 3 protons.

3. L'atome de Bore possède 5 électrons, son noyau contient 5 protons.

4. L'atome de Carbone possède 6 électrons, son noyau contient 6 protons.

5. L'atome d'Oxygène possède 8 électrons, son noyau contient 8 protons.

◇ Que signifie le terme neutron ?

Un neutron est une particule qui entre aussi dans la constitution du noyau de l'atome. Le neutron est électriquement neutre. Sa charge électrique est nulle, il est égale à 0 C. La masse du neutron est sensiblement proche à la masse proton, il est de : mn=1,675 × 10⁻²⁷ kg. En général, le nombre de neutrons dans un atome est proche du nombre de protons. Dans un même atome, le nombre de neutrons peut être variable.

Prenons par exemple les atomes suivants : Le Carbone, l'Hydrogène et l'Uranium. 

Tous les atomes d'Hydrogène possèdent un seul proton mais le nombre de neutrons varie. il existe des atomes d'Hydrogène avec 0 neutrons, des atomes d'Hydrogène avec 1 neutron et des atomes d'Hydrogène avec 2 neutrons.           

Tous les atomes de Carbone possèdent 6 protons mais, il existe des atomes de Carbone avec 6 protons et 6 neutrons, leur nombre de masse est 12, il existe des atomes de Carbone à 6 protons et 7 neutrons, leur nombre de masse est 13, il existe aussi des atomes de Carbone avec 6 protons et 8 neutrons, leur nombre de masse est 14. En rapport avec leur nombre de masse, on les appelle respectivement : Carbone 12, Carbone 13 et Carbone 14.

Tous les atomes d'Uranium possèdent 92 protons. Cependant, il existe des atomes d'Uranium avec 143 neutrons ayant un nombre de masse égale à 235 et des atomes d'Uranium avec 146 neutrons ayant un nombre de masse égale à 238, on les appelle respectivement selon leur nombre de masse, Uranium 235 et Uranium 238.

Tous les atomes qui ont le même nombre de protons mais des nombres de neutrons différents sont des isotopes.

Le noyau de chaque atome est chargé d'électricité positive puisqu'il est formé d'un ensemble de protons chargés positivement et d'un ensemble de neutrons électriquement neutres.

Les particules constituant le noyau, c'est à dire les protons et les neutrons, sont appelés nucléons. Le mot nucléon provient du mot noyau puisque les nucléons sont des particules qui constituent le noyau.

Dans un atome, le nombre de nucléons, c'est à dire le nombre total de protons et de neutrons qui se trouvent dans le noyau de cet atome, est appelé : nombre de masse de l'atome considéré. On l'appelle nombre de masse parce que presque toute la masse de l'atome est constituée de la masse de l'ensemble des protons et des neutrons. Le nombre de masse est désigné par la lettre A.

A est le nombre de masse de l'atome.

🔷 Quelle est la nature de la charge électrique d'un atome ?

Le nuage électronique est formé d'un ensemble d'électrons chargés négativement, donc le nuage électronique est chargé d'électricité négative.

Le noyau est formé d'un ensemble de protons chargés positivement et d'un ensemble de neutrons électriquement neutres, donc le noyau est chargé d'électricité positive.

Prenons, par exemple, un atome qui possède Z électrons. La charge électrique portée par le nuage électronique est négative puisque chaque électron est chargé négativement. La valeur de la charge électrique du nuage électronique de cet atome est : -e×Z = -Ze.

Le noyau de ce même atome qui a Z électrons contient Z protons. La charge électrique portée par le noyau est positive puisque chaque proton est chargé positivement. La valeur de la charge électrique du noyau de cet atome est : +e×Z = Ze.

La valeur de la charge électrique de l'ensemble de l'atome est la somme des deux charges électriques, celle du noyau et celle du nuage électronique, il sera égale à : (-Ze)+(Ze)=e(-Z+Z)=e×0=0. Alors, la charge électrique de chaque atome est nulle. Ce qui prouve que :

L'ensemble de l'atome est électriquement neutre.

Conclusion :

L'atome est le constituant élémentaire de la matière. Il est formé d'une partie centrale qui est le noyau et une partie périphérique qui est le nuage électronique. Le noyau est constitué de nucléons qui sont de deux types, les protons et les neutrons. Le nuage électronique est constitué d'électrons.

La masse d'un proton est égale à la masse d'un neutron. La masse d'un électron est négligeable devant la masse d'un proton ou la masse d'un neutron. Donc la masse de l'atome est presque concentrée dans son noyau. 

Les neutrons sont électriquement neutres, les protons sont chargés d'électricité positive et les électrons sont chargés d'électricité négative. Comme le nombre d'électrons d'un atome est égal au nombre de ses protons, alors, l'ensemble de l'atome est électriquement neutre.

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