Structure de la matière physique chimie

Structure de la matière. Classification périodique.

        La matière est constituée d'atomes eux mêmes composés de particules élémentaires : protons, neutrons et électrons. Tous les éléments chimiques connus à ce jour ont été répertoriés et rangés dans la classification périodique, un grand tableau bien connu de tous ceux qui sont déjà entrés dans un laboratoire. Nous essaierons d'en dégager  les principes de rangement après avoir donné un modèle schématique général de l'atome.

1. L'atome

        L'atome est un grain de matière à partir duquel tous les corps sont formés. On le représente sous la forme d'une petite sphère pour des raisons de simplicité. Son rayon est de l'ordre de 1 Å (angström) c'est à dire 0,1 nm, ce qui est difficilement représentable puisque très petit. Si l'on représentait l'atome de la taille d'une noix, alors cela reviendrait à représenter cette noix presque de la taille de la Terre pour respecter l'échelle choisie.

        L'atome est électriquement neutre, ses constituants sont répartis dans les zones distincts de l'atome :

• un noyau central
• un nuage électronique autour de ce noyau

        Tout comme l'atome, ces trois composants sont représentés par de petites boules de faible rayon : environ 10-15 m.

Aide :  https://www.youtube.com/watch?v=V0rBpLO0qn0

1. Le noyau

        Il contient les protons, porteurs de charge électrique positive, et les neutrons, de charge nulle. Ces constituants sont regroupés sous la dénomination de nucléons et représentent la presque totalité de la masse de l'atome.

        La masse du proton est sensiblement la même que celle du neutron :

        Masse du proton mp = 1,67.10-27 kg = mn (masse du neutron)

        Leurs charges électriques diffèrent puisque le proton est porteur de la charge élémentaire positive alors que le neutron est dépourvu de charge :

        Charge du proton qp = + e = + 1,602.10-19 C

                                                C = Coulomb

                                                e = charge fondamentale.

        Charge du neutron qn = 0 C

        Le nombre de protons contenus dans le noyau d'un atome est noté Z et appelé numéro atomique. Le nombre de nucléons est quant à lui, noté A  et nommé nombre de masse.

Nous avons donc :

        A = nombre de protons Z + nombre de neutrons N

                A = nombre de nucléons

                Z = nombre de protons.

        Donc le nombre de neutrons est N = A – Z

[pic 1]

        On représente symboliquement l'atome d'un élément chimique par une lettre capitale, parfois suivie d'une autre lettre obligatoirement en minuscule afin de pouvoir identifier aisément les corps composés.

        Ainsi Cu est le symbole du cuivre alors que CU correspondrait à un composé d'Uranium (U) et de carbone (C). Un élément chimique est représenté par une écriture du type :

        [pic 2]

[pic 3]

Comme par exemple pour l'élément principal de l'hydrogène :

        On remarquera l'écriture décimal du nombre de masse de cet élément : A = 1,0

        Bien entendu, cette écriture signifie que le nombre de masse n'est pas exactement égal à 1.

        Ceci n'est pas dû à un nombre non entier de nucléons mais à la présence d'isotopes de cet élément chimique.

        Les isotopes sont des atomes différents du même élément chimique : ils ont même Z  mais un A différent. Citons par exemple les isotopes de l'hydrogène :                  respectivement nommés hydrogène normal, deutérium et tritium.[pic 4]

                L'hydrogène et ses isotopes :

[pic 5]

        L'hydrogène normal est présent à plus de 99,9% dans la nature.

        Les éléments chimiques possèdent pour la plupart des isotopes, nous reverrons cette notion lors du calcul de la masse molaire.

1. Le nuage électronique

        Il est constitué uniquement d'électrons, c'est à dire de porteurs de charge négative, de masse très inférieur à celle du proton ou du neutron.

                Masse de l'électron me = 9,1.10-30 kg

                soit environ 1836 fois moins qu'un proton.

                Charge de l'électron qe = - 1,6.10-19 C = - e

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