Chapitre 1 : Atomes

Introduction

Les atomes sont les briques fondamentales de la matière. Comprendre leur structure et leurs propriétés est essentiel pour aborder la chimie et la physique au niveau intermédiaire. Ce chapitre vise à expliquer ce qu’est un atome, ses composants, ses caractéristiques principales et la manière dont ces éléments interagissent pour former toute la matière que nous connaissons.

1. Qu'est-ce qu'un atome ?

Un atome est la plus petite unité constitutive d’un élément chimique qui conserve ses propriétés.

Les atomes sont très petits, invisibles à l’œil nu, mais composent toute la matière autour de nous : l’air, l’eau, les êtres vivants, les objets solides, etc.

Les composants de l’atome

Un atome est constitué de :

• Un noyau central très dense.
• Des électrons qui tournent autour du noyau dans un « nuage électronique ».

Le noyau atomique

Le noyau est lui-même constitué de :

• Protons : particules chargées positivement (+).
• Neutrons : particules neutres, sans charge électrique.

Les électrons

Les électrons sont des particules très légères portant une charge négative (-) et tournant autour du noyau.

2. Caractéristiques principales de l’atome

La structure atomique en résumé

Remarque : 1 unité de masse atomique (u) correspond environ à la masse d’un proton ou d’un neutron.

3. Notations et symboles

Un atome est souvent représenté par son symbole chimique (ex : H pour hydrogène, O pour oxygène).

La notation complète d’un atome comprend :

• [Formule] : le numéro atomique (nombre de protons)
• [Formule] : le nombre de masse (nombre total de protons + neutrons)
• [Formule] : le symbole chimique.

Cela s’écrit sous la forme :

[Formule mathématique]

Par exemple, pour un atome de carbone avec 6 protons et 6 neutrons :

[Formule mathématique]

4. Quelques notions importantes liées aux atomes

Numéro atomique ([Formule])

Le numéro atomique correspond au nombre de protons dans le noyau d’un atome.

Le numéro atomique détermine l’identité d’un élément chimique. Par exemple, tout atome avec ( Z=1 ) est un atome d’hydrogène.

Nombre de masse ([Formule])

Le nombre de masse est la somme des protons et des neutrons dans le noyau.

[Formule mathématique]

où ( N ) est le nombre de neutrons.

Isotopes

Les isotopes sont des atomes du même élément (même ( Z )) mais avec un nombre différent de neutrons ( N ). Ils ont donc des masses différentes.

Exemple :

• [Formule] (6 protons, 6 neutrons)
• [Formule] (6 protons, 8 neutrons), isotope radioactif du carbone.

5. Le modèle atomique : évolution et représentation

Le modèle de Bohr (1913)

Selon Niels Bohr, les électrons tournent autour du noyau selon des orbites quantifiées à des distances précises.

• Les électrons dans chaque orbite ont une énergie quantifiée.
• Les électrons peuvent sauter d’une orbite à une autre en absorbant ou en émettant de l’énergie.

[Diagramme]

Ce modèle explique la stabilité des atomes et leurs propriétés spectrales.

6. Masse et charge électriques

Un atome est globalement neutre car il contient autant de protons positifs que d’électrons négatifs :

[Formule mathématique]

Cependant, un atome peut perdre ou gagner des électrons pour devenir un ion chargé :

• Ion positif (cation) : perte d’électrons.
• Ion négatif (anion) : gain d’électrons.

7. Applications concrètes : calcul d’électrons et isotopes

Exemple 1 : Quel est le nombre d’électrons dans un atome de sodium ?

Le sodium a le symbole [Formule] et un numéro atomique ( Z=11 ). Comme l’atome est neutre :

• Nombre d'électrons ( = Z = 11 ).

Exemple 2 : Représenter un isotope du chlore [Formule].

• Protons = 17
• Neutrons ( N = A - Z = 37 - 17 = 20 )
• Électrons = 17 (pour un atome neutre)

8. Synthèse et liens entre concepts

Conclusion

Les atomes sont les unités fondamentales qui composent toute matière. La compréhension de leur structure — noyau (protons et neutrons) et électrons — permet de saisir les bases de la chimie, comme la formation des molécules, la réactivité et les propriétés des éléments.

Les notions de numéro atomique, nombre de masse et isotopes sont essentielles pour décrire et différencier les atomes. Le modèle atomique, notamment celui de Bohr, explique comment les électrons sont organisés et leur rôle dans les propriétés chimiques.

Annexe : Notation et formule importante

• Numéro atomique : [Formule] (nombre de protons)
• Nombre de masse : [Formule] (total protons + neutrons)
• Notation de l’atome :

[Formule mathématique]

Si vous souhaitez approfondir le sujet, les chapitres suivants intégreront la chimie quantique et les interactions atomiques.

N’hésitez pas à poser vos questions !