L'atome a longtemps été considéré comme indivisible. On sait depuis l'expérience d'Ernest Rutherford en 1911 que ce n'est pas le cas.

L'atome est constitué d'un noyau chargé positivement entouré d'un cortège d'électrons chargés négativement.

Les composants du noyau sont appelés nucléons. Il existe deux sortes de nucléons : les neutrons et les protons.

Le noyau est composé de :

• protons, chargés positivement, de charge +e=1\text{,}602 \times 10^{-19} \mathrm{C} et ayant une masse m_{\text { proton}}=1\text{,}673 \times 10^{-27} kg ;
• neutrons, électriquement neutres et ayant une masse
  m_{\text { neutron}}=1\text{,}675 \times 10^{-27} kg.
Les électrons sont situés autour du noyau. Ils ont une charge négative égale à -e et une masse m_{\text { électron}}=9\text{,}109 \times 10^{-31} kg.

Les masses des neutrons et des protons étant très proches, on les considérera égales pour la suite des exercices. La masse moyenne d'un nucléon étant alors m_{\text { nucléon}}=1\text{,}67 \times 10^{-27} kg.
La masse d'un électron est environ 2 000 fois plus faible que celle d'un nucléon.

Isotope : deux noyaux qui ont le même nombre de protons et un nombre de neutrons différent.

Nombre de masse : le nombre de nucléons est parfois appelé nombre de masse.

Nucléon : particule présente dans le noyau d'un atome.

Numéro atomique : c'est le nombre de protons présents dans le noyau.

Le noyau d'un atome est représenté par la notation symbolique _{Z}^{A}\text{X}, où :

• \bf{X} est le symbole chimique de l'atome considéré ;
• \bf{A} est le nombre de nucléons, c'est-à-dire la somme du nombre de neutrons et du nombre de protons présents dans le noyau ;
• \bf{Z} est le numéro atomique, c'est-à-dire le nombre de protons présents dans le noyau.

Le nombre de neutrons N dans le noyau est : \bf{N = A - Z}.

Exemple : la notation symbolique du noyau d'un atome d'or est _{79}^{197}\text{Au} et celle du noyau d'un atome de carbone est _{6}^{12}\text{C}.

Deux noyaux qui ont le même nombre de protons mais un nombre de nucléons (et donc de neutrons) différents sont appelés isotopes.

Exemple : il existe plusieurs isotopes du carbone. La notation symbolique de leur noyau est : _{6}^{12}\text{C}, _{6}^{13}\text{C}, _{6}^{14}\text{C}.

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capsule vidéo sur l'atome et l'élément chimique

.

Frank Trixler, Graphite, juillet 2007 (image obtenue avec un microscope à effet Tunnel).

Un atome est un édifice électriquement neutre. Il possède donc autant d'électrons dans son cortège électronique qu'il a de protons dans son noyau.

Le noyau d'un atome peut être assimilé à une boule dense dont le rayon est de l'ordre de 1 fm = 10^-15 m, constituée de nucléons. L'atome peut être assimilé à une sphère dont le rayon est d'environ 0,1 nm = 10^-10 m. Autour du noyau, les électrons évoluent dans du vide.

Le rayon d'un atome est 100 000 fois plus grand que celui de son noyau (\dfrac {r_{\text{atome}}}{r_{\text{noyau}}}=\dfrac{10^{-10}}{10^{-15}}=10^{5}= 100 000). L'atome est donc essentiellement constitué de vide (sa structure est dite lacunaire).

La masse d'un électron est environ deux mille fois plus petite que celle d'un nucléon.

La masse du cortège électronique est négligeable par rapport à celle du noyau de l'atome. La masse m d'un atome est pratiquement égale à celle de son noyau.

m_{\text { atome}}=A \cdot m_{\text { nucléon}}

Avec :

• m_{\text { atome}} la masse de l'atome et m_{\text { nucléon}} la masse d'un nucléon en kilogramme ;
• A le nombre de nucléons dans le noyau.

Lacunaire : qui présente des espaces vides.

Négligeable : très faible, dont l'absence ne modifiera pas le résultat du calcul.

Un atome de platine peut être représenté par _{78}^{195}\text{Pt.} Cet atome est composé de 195 nucléons dont 78 protons et 117 neutrons. Il possède 78 électrons dans son cortège électronique. La masse de cet atome est m_{\text { atome}}=A \cdot m_{\text { nucléon}}.
Donc m_{\text { atome}}=195 \times 1\text{,}67 \times 10^{-27}=3\text{,}26 \times 10^{-25} kg.
On peut calculer la charge électrique de son noyau à l'aide de la relation : Q_{\text { noyau}}=Z\cdot e.
Donc Q_{\text { noyau}}=78 \times 1\text{,}602 \times 10^{-19}=1\text{,}250 \times 10^{-17} C.

Masse d'un nucléon : m_{n-p}=1\text{,}67 \times 10^{-27} kg ;

Masse d'un électron : m_{e}=9\text{,}109 \times 10^{-31} kg ;

Charge élémentaire : e=1\text{,}602 \times 10^{-19} C.