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30 juin 2015

Dimensions, masses et charges électriques de l'atome et du noyau.


🔹 Que signifie le terme atome ? 
🔹 Quelles sont les dimensions de l'atome et du noyau ? 
◉ Quel est le diamètre de l'atome ? 
◉ Quel est le diamètre du noyau ? 
🔹 Quelles sont les masses du noyau de l'atome et du nuage électronique ? 
◉ Quelle est la masse du noyau d'un atome ? 
◉ Quelle est la masse du nuage électronique d'un atome ? 
🔹 Quelles sont les charges électriques du noyau de l'atome et du nuage électronique ? 
◉ Quelle est la charge électrique du nuage électronique d'un atome ? 
◉ Quelle est la charge électrique du noyau d'un atome ?
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🔹 Que signifie le terme atome ?

Depuis l'antiquité, certains philosophes grecs admettaient que la matière est formée de petites particules appelées atomes c'est-à-dire incassables. Mais ce n'était qu'une hypothèse, il n'y avait aucune observation sérieuse qui permettait de la confirmer. Vers le milieu du dix-neuvième siècle, des recherches sérieuses basées sur des observations et des expériences, permettaient de confirmer la théorie corpusculaire de la matière, c'est-à-dire, la matière est constituée de petits corpuscules ou de petites particules. Ces corpuscules, ce ne sont que, ce que l'on appelle aujourd'hui les atomes. La matière est donc formée par des particules élémentaires appelés atomes.
L'atome est donc le constituant élémentaire de la matière, c'est la plus petite quantité de matière constituant un corps pur simple. Contrairement à ce qui était admis auparavant par les philosophes grecs que l'atome est incassable, actuellement et en rapport avec le grand progrès connu dans le domaine scientifique et le domaine technologique, les études approfondies réalisées sur l'atome montrent qu'il est divisible et constitué d'autres particules subatomiques.
Les particules subatomiques constituant chaque atome sont : les électrons, les protons et les neutrons.
Les protons et les neutrons sont des particules subatomiques qui entrent dans la constitution de l'atome. Les protons et les neutrons sont groupés dans la partie centrale de l'atome formant ainsi le noyau de l'atome.    
Les électrons sont des particules subatomiques chargés négativement, ils gravitent autour du noyau de l'atome formant un nuage électronique qui constitue la partie périphérique de l'atome.
Donc, l'atome est formé de deux parties : une partie centrale appelée noyau et une partie périphérique appelée nuage électronique.
Selon le nombre d'électrons, de protons et de neutrons, chaque atome est caractérisé par des dimensions, des masses et des charges électriques de l'ensemble de l'atome et de son noyau.
Dans ce qui suit nous allons découvrir ensemble, les dimensions, les masses et les charges électriques de l'atome et de son noyau.
Quelles sont donc les dimensions de l'atome et du noyau ? Quelles sont leurs masses ? Et quelles sont leurs charges électriques ?

🔹 Quelles sont les dimensions de l'atome et du noyau ?

Comme nous l'avons vu dans le paragraphe précédent, l'atome est constitué de deux parties : une partie centrale qui est le noyau de l'atome et une partie périphérique qui est le nuage électronique. L'atome est donc l'ensemble des deux parties; centrale et périphérique mais le noyau représente uniquement la partie centrale. Pour avoir une idée sur le rapport entre la dimension de l'atome et la dimension du noyau, nous allons tout d'abord discuter un peu le diamètre de l'atome, le diamètre du noyau puis on compare les deux.   

Quel est le diamètre de l'atome ?

L'atome est l'ensemble de deux parties, le noyau et le nuage électronique. Alors, le diamètre de l'atome dépend de l'atome considéré. Par exemple, le diamètre de l'atome d'uranium qui possède 92 électrons est plus grand que le diamètre de l'atome d'hydrogène qui possède un seul électron. Le diamètre de chaque atome augmente avec le nombre d'électrons, mais son ordre de grandeur peut être estimé à D qui est à peu près égal à 2A° signifiant 2 Angstrom. 1 Angstrom=1A°=10⁻¹⁰mètre.   

Quel est le diamètre du noyau ?

Le noyau est la partie centrale de l'atome. Le diamètre du noyau dépend aussi du nombre de protons et de neutrons qu'il contient. Son ordre de grandeur est estimé à d qui est à peu près égal à 2.10⁻¹⁵A°.
Faisons une comparaison entre le diamètre du noyau et le diamètre de l'atome en calculant le rapport D/d. Le rapport D/d=2A°/2.10⁻¹⁵A°=100000; ça signifie que, si on représente un noyau par une sphère de 1 centimètre de diamètre, les électrons doivent tourner sur une sphère de 100000 centimètres de diamètre, c'est-à-dire, 1 kilomètre de diamètre.   
Conclusion : La plus grande partie de la sphère atomique est formée de vide.

🔹 Quelles sont les masses du noyau de l'atome et du nuage électronique ?

L'atome est constitué d'un ensemble de particules subatomiques qui sont : les protons, les neutrons et les électrons. Les protons et les neutrons sont groupés au centre de l'atome et constitue le noyau de l'atome. Les électrons gravitent autour du noyau et forment ce que l'on appelle le nuage électronique. Pour faire une comparaison entre la masse du noyau et la masse du nuage électronique, il faut tout d'abord calculer les deux masses. Quelle est donc la masse du noyau de l'atome ? Et quelle est la masse du nuage électronique ?

Quelle est la masse du noyau d'un atome ?

La masse du noyau d'un atome est égale à la somme des masses des protons et des neutrons. La masse d'un proton est à peu près égale à la masse d'un neutron, c'est-à-dire, mp=mn=m=1,67x10⁻²⁷Kg. On appelle nombre de masse A d'un atome, le nombre totale de protons et de neutrons que contient le noyau. Pour calculer la masse du noyau d'un atome, on multiplie le nombre de masse A de cet atome par m qui est égale à 1,67x10⁻²⁷Kg et représente la masse du proton ou du neutron. La masse du noyau sera égale à Ax1,67.10⁻²⁷Kg. Prenons comme exemple l'atome de carbone, le nombre de masse A de l'atome de carbone est A=12. Calculons alors, la masse du noyau de l'atome de carbone. Cette masse sera égale à 12x1.67x10⁻²⁷Kg=20,04x10⁻²⁷Kg

Quelle est la masse du nuage électronique d'un atome ?

La masse du nuage électronique d'un atome est égale à la somme des masses de ses électrons, c'est-à-dire, on multiplie le nombre d'électrons qui est le numéro atomique Z de cet atome par la masse de l'électron. Comme la masse d'un électron me-=9,10x10⁻³¹Kg, alors la masse du nuage électronique est égal à Zx9,10.10⁻³¹Kg. Si nous prenons comme exemple l'atome de carbone qui possède 6 électrons, la masse du nuage électronique sera égale à 6x9,10.10⁻³¹Kg=54,6x10⁻³¹Kg
Faisons la comparaison entre la masse d'un proton mp et la masse d'un électron me- en calculant le rapport m/me-.
m/me-=1,67x10⁻²⁷Kg/9,10x10⁻³¹Kg=1,67/9,10x10⁻⁴=1,67x10⁺⁴/9,10=16700/9,10=1835. Donc, m/me-=1835.
La masse d'un proton ou d'un neutron est donc 1835 fois plus grande que la masse d'un électron. on retient tout simplement que la masse de chaque particule du noyau est environ 2000 fois plus grande que la masse de l'électron.
Prenons le cas de l'atome de carbone, si nous comparons la masse du noyau et la masse du nuage électronique en faisant le rapport entre les deux : Masse du noyau/masse des électrons =20,04x10⁻²⁷Kg/54,6x10⁻³¹Kg =20,04/54,6x10⁻⁴ =20,04x10⁺⁴/54,6 =200400/54,6 =3670. Le noyau de l'atome de carbone est 3670 fois plus lourd que les 6 électrons formant le nuage électronique de l'atome de carbone. Ceci prouve que la masse totale de l'atome est presque toute concentrée dans le noyau.
Conclusion : La masse d'un atome est approximativement égale à la masse du noyau de cet atome. La matière est donc pratiquement toute concentrée dans le noyau des atomes.     

🔹 Quelles sont les charges électriques du noyau de l'atome et du nuage électronique ?

Comme nous l'avons vu au départ, l'atome est constitué de particules subatomiques qui sont : les électrons chargés d'électricité négative, les protons chargés d'électricité positive et les neutrons qui sont des particules neutres. Pour avoir une idée sur la charge électrique de l'atome et de ses différents parties, on cherche la charge électrique du nuage électronique, la charge électrique du noyau puis on compare les deux.  

Quelle est la charge électrique du nuage électronique d'un atome ?

La charge électrique du nuage électronique est égale à la somme des charges électriques de tous les électrons de l'atome. Chaque atome possède un nombre d'électrons qui diffère d'un atome à un autre. Ce nombre d'électrons est appelé numéro atomique et noté Z. Pour calculer la charge électrique du nuage électronique d'un atome, on multiplie le nombre d'électrons Z de cet atome par la charge électrique de l'électron (-e). C'est la charge totale des électrons, elle est égale à Zx(-e)=-Ze.

Quelle est la charge électrique du noyau d'un atome ?

La charge électrique du noyau est égale à la somme des charges électriques de tous les protons puisque les neutrons sont électriquement neutres. Chaque proton porte la charge électrique élémentaire positive (+e). Si un atome possède Z électrons, son noyau possède Z protons. Pour calculer la charge électrique du noyau d'un atome, on multiplie le nombre de protons Z de cet atome par la charge électrique du proton. La charge électrique du noyau sera égale à Zx(+e)=+Ze.
La charge électrique du noyau de l'atome est égale à (+Ze) tandis que la charge électrique de l'ensemble des électrons est égale à (-Ze). La charge électrique de l'ensemble de l'atome est égale à la somme de la charge électrique du noyau et la charge électrique du nuage électronique, c'est-à-dire, (-Ze)+(+Ze)=0. Donc, la charge de l'atome est nulle.
Conclusion : L'atome est électriquement neutre puisque la somme des charges des électrons et des protons est nulle.    

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