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Constitution atomique
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Exercices

1/ Les éléments sont constitués d'un noyau lourd chargé positivement autour duquel tournent des électrons chargés négativement.

Comprendre

atome Lithiuminduction et atomeHistoire de l'atome
Mouvement des électrons

Les électrons sont négatifs et tournent très vite autour du noyau qui est positif, ce qui devrait les en éloigner. En effet, quand on tourne autour de quelque chose, on est attiré vers l’extérieur, c'est la force centrifuge (que les physiciens appellent inertie).
Pour que les électrons continuent leur manège, il faut bien que quelque chose les attire vers le noyau.
C'est la force électrostatique qui tend à rapprocher deux charges de signes opposés. Et comme les électrons sont négatifs et le noyau positifs, ils sont attirés l'un par l'autre.
Les électrons sont donc en orbite autour du noyau comme la Lune l’est autour de la Terre.

Masse de l'atome

L'essentiel de la masse est contenu dans le noyau car il contient deux fois plus de nucléons (constituants du noyau) que d'électrons et surtout parce que les nucléons pèsent mille fois plus lourd que les électrons. Pour connaître la masse d’un atome, il faut donc compter ses nucléons.

Force électrostatique
loi de coulomb

La force prédominante à l’échelle des molécules comme à la nôtre est la force électrostatique (appelée aussi Loi de Coulomb). Elle tend à rapprocher les charges de signes opposés et à éloigner les charges de mêmes signes.

1/ Exercices

Connaître

1/ Qui suis-je? 
(3 mn)

Ma charge est négative et je suis en mouvement autour du noyau.

Je suis l'électron!

Je suis positif et pèse 1000 fois plus lourd qu'un électron.

Je suis le proton, un des composants du noyau!

Je suis constitué d'un noyau et d'électrons gravitant autour.

Je suis l'atome!

Je suis composée d'atomes liés par des électrons.

Je suis une molécule!

Analyse

1/ Pourquoi les électrons tournent ... 
(6 mn)

La force électrostatique fait s'attirer deux particules dont les charges sont opposées et fait se repousser deux particules de charges de mêmes signes. Les électrons sont négatifs et se repoussent donc entre eux.

Quel est le signe de la charge électrique du noyau?

Le noyau est positif car il est composé de protons positifs.

Les électrons sont-ils attirés par le noyau?

Oui car leur charge est négative et que celle des noyaux est positive. La force électrostatique les fait donc s'attirer.

Les électrons tournent très vite autour du noyau, ils devraient être entrainé loin de lui par leur inertie (la force centrifuge).

Pourquoi les électrons ne se collent pas au noyau?

Parce que leur inertie les entraîne vers l'exterieur de l'atome.

Pourquoi restent-ils toujours environ à la même distance du noyau?

Parce que la force qui les attire et leur inertie se compensent.

2/ On reconnait l'élément à son nombre atomique(Z) correspondant au nombre de charges positives dans son noyau.

Comprendre

tableau periodiquebd éléments chimiquestableau périodiquePhotos périodiques

Le noyau est très stable et contient des charges positives(protons) et des charges neutres(neutrons). Il suffit de les compter pour savoir à quel élément on a affaire.Tous les éléments possédant 29 protons seront du cuivre et ceux qui n'en possèdent qu'un seront de l'hydrogène, peu importe le nombre d'électrons.

Tous les atomes qui ont le même nombre de charges positives dans le noyau auront exactement les mêmes propriétés chimiques, il seront donc nommés de la même façon(de l'hydrogène ou du cuivre pour reprendre l'exemple).

Le tableau périodique regroupe tous les éléments découverts et les classe par nombre de protons croissant, c'est à dire par masse croissante. Le tableau commence en haut à gauche et se lit ligne par ligne.
On sait que tous les éléments qui existent sont dans le tableau parce qu'on a découvert l'atome correspondant à chaque nombre de protons.

Analyse

Les orbitales électroniques

Pourquoi entend-on parfois que l'on est tous constitués de poussière d'étoile?
Comment peut-on être sûr qu'on connait tous les atomes qui existent?

2/ Exercices

Connaître

2/ Identité atomique 
(2 mn)

D'après le tableau périodique, cite le nom de l'atome correspondant:

J'ai 1 seul proton.

Je suis l'hydrogène.

J'ai pour nombre atomique: 6

Je suis le carbone.

Z=3 pour moi.

Je suis le Lithium.

Comprendre

2/ Fusion nucléaire 
(5 mn)

La fusion nucléaire est un processus où deux noyaux atomiques légers s’assemblent pour former un noyau plus lourd.
Cette réaction est à l’œuvre de manière naturelle dans le Soleil et la plupart des étoiles de l'univers.Elle dégage beaucoup plus d'énergie qu'une fission nucléaire et est la réaction à l'origine de la puissance de la bombe H.
Dans la mythologie grecque, le Soleil était personnifié par Hélios.Dans notre Soleil, des tonnes d'hydrogènes fusionnent chaque seconde.

Combien de protons contiennent les atomes d'hydrogènes?

1 chacun

Lorque deux atomes d'hydrogène fusionnent, combien y a-t-il de protons dans l'élément formé ?

1 + 1 = 2 , il y a donc deux protons.

Quel est donc le nouvel élément formé lors de cette réaction?

L'hélium (He) qui a deux protons dans son noyau.

D'où vient son nom?

D'Hélios parce qu'on l'a découvert dans le Soleil avant de le découvrir sur Terre.

3/ Les atomes sont des éléments qui ont autant de charges positives que de charges négatives.

Comprendre

ion hydrogène

Dans certains cas, il n’y a pas le même nombre de protons (charges positives) que d’électrons (négatifs) tournant autour, l’élément sera alors appelé ion. S’il y a autant de protons que d’électrons, l’élément sera appelé atome(cas le plus courant).
Les éléments peuvent donc être soit des atomes, soit des ions.

Charge d'un élément

La charge d'un élément se calcule en comparant le nombre de charges positives(+) et le nombre de charges négatives (-). Comme dans un atome, il y en a autant de chaque, l’atome est neutre(ou nulle).Dans l'atome de carbone, il y a 6 protons(+) et 6 électrons(-).On calcule sa charge en faisant 6(protons) - 6(électrons) = 0. L'atome de carbone est donc neutre

Ions
Ion sodium

Si l'élément n'est pas neutre, c’est à dire qu'il n'a pas un nombre égal de charges positives et négatives, on l'appellera ion. Les ions positifs seront appelés cations et les ions négatifs, anions. On représente les ions par le symbole de leur élément suivi de leur charge en exposant ( Cu2+)
Un ion polyatomique est un ion qui comporte plusieurs éléments.(SO42-) On peut obtenir des ions de plusieurs manières :
En arrachant des électrons (électrostatique)
Par décharge électrique comme dans les tubes fluorescents (« néons »).
En chauffant très fort la matière comme dans les tubes cathodiques des écrans.
Par dissolution de sels dans l’eau.

Formation d'un sel

Analyse

Qu'est-ce qu'une réaction nucléaire?
Pourquoi entend-on parfois que l'on est tous constitués de poussière d'étoile?
Comment peut-on être sûr qu'on connait tous les atomes qui existent?

3/ Exercices

Connaître

3/ Paquet électronique 
(7 mn)

Pourquoi les atomes sont-ils neutres?

Car ils ont autant de protons (charge positives) que d'électrons (charge négative)

L'oxygène possède 8 protons dans son noyau, combien l'atome possède-t-il d'électrons?

Il possède 8 électrons car il a autant d'électrons que de protons.

Le carbone possède 6 protons dans son noyau.

Combien d'électrons possède une molécule de dioxyde de carbone (CO2)?

Elle possède 2 x 8 + 6 = 22 électrons

L'oxygène est très électronégatif(à tendance à attirer fortement les électrons) et il arrive souvent qu'il forme un ion en récupérant deux électrons supplémentaires.

Combien de protons et d'électrons possède l'ion oxygène?

Il possède 8 protons et 10 électrons.

Calcule sa charge globale et donne son symbole.

Il a donc deux charges négatives de plus que de charges positives, il a donc une charge de 2 - et on définira l'ion comme O2-

Comprendre

3/ Famille des Alcalins 
(6 mn)

Les atomes d'hydrogène, de lithium et de sodium ont respectivement 1,3 et 11 électrons.

Combien ont-ils de protons dans leur noyau?

Autant que d'électrons, soit 1,3 et 11 protons

Ces éléments peuvent facilement perdre un électron.

Quels ions forment-ils dans ce cas?

H+,Li+ et Na+

3/ Les ions 
(7 mn)

L’atome de calcium Ca a pour numéro atomique Z=20.

Combien de charges positives contient le noyau de l’atome de calcium ?

Il contient 20 protons de charges positives.

En déduire, après justification, le nombre d’électrons que possède l’atome de calcium ?

L'atome de calcium possède autant d'électrons que de protons,il possède donc 20 électrons.

Au cours d’une réaction chimique, l’atome de calcium perd deux électrons et devient l’ion calcium.

Quelle est la charge dans le noyau de l’ion calcium?

La charge du noyau de l'ion est la même que celle du noyau de l'atome, 20 charges positives.

Quel est le nombre d’électrons que possède l’ion calcium.

Il perd deux électrons: 20-2 = 18. Il lui en reste donc 18.

Quelle est la charge de l’ion calcium?

L'ion calcium possède 20 protons (+) et 18 électrons (-), l'on a donc une charge globale de 2 +

Utilise le résultat précèdent pour écrire la formule de l’ion calcium.

Ca2+

Justifie: l’ion calcium est-il un cation ou un anion ?

L'ion calcium est un cation car il a un charge positive.

Refaire le même exercice mais avec l’atome de chlore Cl, de numéro atomique Z=17, qui gagne un électron et devient l’ion chlorure.

L'atome a 17 protons,17 électrons et l'ion possède toujours 17 protons mais 18 électrons, Cl-

3/ Les ions ne manquent pas de selAnimation 
(5 mn)

Appliquer

3/ Atomogène 
(10 mn)

Année 2150, Thomas utilise son atomogène pour créer des atomes d’argent afin de fabriquer une bague pour sa fiancée.

Lui faudra-t-il en faire beaucoup pour constituer une bague?

Oui car les atomes sont minuscules.

Quel est l’ordre de grandeur (la puissance de dix la plus proche) d’un atome?

Un atome mesure environ 10-10m.

Quel est le nombre de charges positives d’un atome d’argent?

D’après le tableau périodique, il en a 47

Justifier quel sera son nombre d’électrons.

Comme sa charge est neutre, il a autant d’électrons que de charges positives, il a donc 47 électrons.

Il joue avec sa machine et enlève un électron au dernier atome d’argent qu’il a fabriqué.

Donner le nombre de charges positives et négatives de cet élément.

Il a toujours 47 charges positives mais plus que 46 charges négatives.

Comment appelle-t-on cet élément?

C’est un ion argent.

Donner sa formule.

Ag+

Que construirait-il s’il produisait un atome de cuivre , qu’il lui rajoutait une charge positive et qu’il enlevait un électron?

Si on rajoute une charge positive au cuivre, il y en aura 30, on obtiendra donc du Zinc. Si on retire un électrons des 29 du cuivre, il y en aura donc 28, on aura donc un ion zinc qui aura deux charges positives,Zn2+

Analyse

3/ Solution ionique 
(5 mn)

Une solution de nitrate de fer est une solution jaune qui contient des cations fer de formule Fe2+ et des anions nitrate de formule NO3-.

Quelle est la charge de chacun des ions ?

L'ion fer a une charge de +2 et l'ion nitrate de -1.

Donne le nom et le nombre des atomes qui constitue l'ion polyatomique de cette solution

L'ion nitrate contient un atome d'azote et trois atomes d'oxygène.

Quelle doit être la proportion des ions pour respecter l’électroneutralité de la solution, c'est-à-dire que le nombre de charges positives soit égale au nombre de charges négatives ?

Il doit y avoir deux ions nitrates pour un ion fer car 2 x (-1) + 2 = 0

Déduis-en la formule de la solution ionique de sulfate de potassium

Fe2+ + 2NO3-

4/ L'atome est 10 000 fois plus gros que son noyau, l'atome est donc essentiellement constitué de vide.

Comprendre

dimension atomeNanomoléculesTaille de l'atomeConstitution de l'atome

Les électrons tournent tellement vite autour du noyau que l'atome a paru plein aux premiers chercheurs qui l'étudiaient. Mais si on se glisse dans l'espace entre le noyau et les électrons, on s'aperçoit qu'il est constitué de vide. Et cet espace est tellement grand que l'atome est majoritairement constitué de vide.
Pour donner un ordre d’idée :
rayonoxygène = 60 picomètres(pm) =60.10-12m
rayonnoyau oxygène = 3,52 femtomètre(fm)=3,52.10-15m
Rapport = rayonoxygène/ rayonnoyau = 17 000 donc l'atome est 17 000 fois plus gros que son noyau.Si on comparait l'atome à un stade de football, son noyau ferait la taille d'un grain de sable.

4/ Exercices

Comprendre

4/ Un tout petit carbone 
(5 mn)->Calcul /5

rayon du noyau de l'atome de carbone = 3,4femtomètres
rayon de l'atome de carbone = 70 picomètres
1fm=1.10-15m, 1=1.10-12m

Quelle est l'ordre de grandeur (l'arrondi à la plus proche puissance de dix) du noyau et de l'atome de carbone?

rayon de l'atome=70pm~ 100pm ~ 10-10m
rayon du noyau 3,4fm ~ 1fm ~ 10-15m

Quel est le rapport entre les deux rayons?

70.10-12/3,2.10-15= 22.103 Ce résultat est arrondi de sorte à avoir deux chiffres significatifs.

Combien de fois plus grand est l'atome par rapport au noyau?

L'atome est 22 000 fois plus grand que son noyau. On pourra dire que l'ordre de grandeur de la différence de taille est de 10 000

4/ Dans cet atome, il n'y avait...rien?Animation 
(12 mn)
4/ Un peu d'imaginaire... 
(8 mn)->Proportionnalité /4

Le rayon du noyau est environ 10 000 fois plus petit que celui de l’atome. Pour mieux se rendre compte de ces dimensions, imaginons que le noyau d’un atome ait la taille d’un ballon de basket dont le rayon est à peu près égal à 30cm.

A quelle distance va être équivalente le rayon de l’atome si son noyau fait 30cm.

0,3m x 10 000= 3 000m = 3km

Les électrons sont considérés comme étant mille fois plus petit que le noyau.

Dans cette analogie, ont-ils plutôt la taille d’une balle de tennis, d’une pièce ou d’une puce ?

Ils mesureraient 1000 fois moins que 30 cm c'est à dire 0,3 mm, donc la taille d'une belle puce.

Imagine l’atome ainsi constitué, par quoi est occupé l’essentiel de son volume ?

Par rien, par du vide. Des puces qui tournent à une vitesse phénoménale à 3 km d'un ballon de basketball n'arriveront pas facilement à remplir autant d'espace.

5/ Le noyau est constitué de protons chargés positivement et de neutrons qui ne possèdent pas de charges électriques.

Comprendre

atome

Les protons et les neutrons sont de charges différentes mais possèdent la même masse. Ils sont tous deux appelés nucléons car ils se trouvent dans le noyau. Il y a en général à peu près autant de neutrons que de protons dans le noyau.

Analyse

De quoi sont constitués les protons et les neutrons?

6/ Le nombre de masse (A) indique le nombre de constituants du noyau (aussi appelés nucléons).

Comprendre

constitution de l'atomesymbole atomeMendeleïevQuizz atomiqueNombre de masseCe qui se cache dans les nucléons

Les électrons ont une masse négligeable par rapport aux nucléons(neutrons et protons) qui pèsent tous deux la même masse. La plupart de la masse se trouve donc dans le noyau.
Si l'on additionne le nombre de protons et de neutrons, on obtient le nombre de masse(A) qui peut nous servir à calculer la masse d'un atome(ou d'une mole d'atome).

Représentation du noyau

Pour indiquer les caractéristique d’un élément X, on utilise la notation AZX
Le noyau de l'oxygène contient 8 protons et 8 neutrons.
Z=8 (car Z= nombre de protons)
A= 8 + 8 (car A= nombre total de nucléons)
On écrira donc 168O.

6/ Exercices

Connaître

6/ Composition nucléaire 
(4 mn)

Donner le nom et la composition de chacun des noyaux ci-après.

37Li

Le noyau de l'atome de lithium est composé de 3 protons et de 4 neutrons.

816O

Le noyau de l'atome d'oxygène est composé de 8 protons et de 8 neutrons.

1735Cl

Le noyau de l'atome de chlore est composé de 17 protons et de 18 neutrons.

Comprendre

6/ Silicium Valley 
(8 mn)

Le silicium (Si) est le principal composant du sable et du verre. La croute terrestre est composée de 26% (en masse) de silicium. Un noyau de silicium a pour caractéristiques A=28 et Z=14.

Ecrire la formule représentant son noyau.

1428Si

Combien de protons et de neutrons contient l'atome de silicium?

Le Silicium contient 14 protons et 14 neutrons.

Masse d'un nucléon: m = 1,7.10-24g

Quelle est la masse du noyau?

m = 47,6.10-27kg

Quelle sera la masse d'une mole de noyaux de silicium?
Une mole correspond à un paquet de 6,02.1023 élements.

47,6.10-27kg x 6,02.1023 = 286.10-4 kg = 286.10-1 g =28,6g pour chaque mole donc M = 28,6 g/mol
C'est la masse molaire des noyaux de silicium et des atomes de Silicium car la masse des électrons est négligeable devant celle du noyau.

Compare la masse molaire des noyaux à la masse molaire des atomes donnée dans le tableau périodique

Le tableau nous donne 28,085 g/mol, ce qui est une valeur très proche mais inférieure.

Cette différence de masse s'explique par l'énergie contenue dans le noyau. Depuis A Einstein, on sait que la masse peut devenir de l'énergie et inversement. En savoir plus.

7/ La masse d'un atome dépend de son nombre de masse car les nucléons pèsent bien plus que les électrons.

Comprendre

Taille d'une moleTED:le tableau et Mendeleiv

La masse de l'atome est pratiquement entièrement contenue dans son noyau. La masse d'un élément dépend donc du nombre de nucléons présents dans le noyau.
Masse d'un proton= 1,67×10-27 kg
Masse d'un neutron= 1,67×10-27 kg
Masse d'un électron= 9,1×10-31 kg
Comme un électron est plus de 1000 fois plus léger qu'un proton, sa masse sera considérée comme négligeable par rapport à un proton.

La masse molaire sera la masse d'une mole d'atome (c'est à dire d'un paquet de 6,02.1023 atomes). On utilise la mole parce que c'est un format pratique (beaucoup plus que de dire 602 millions de milliards de milliards). On a défini la mole pour qu'une mole de protons vaille 1g. Une mole de 12Carbone vaut 12g.

Masse molaire d'une molécule

On calcule la masse molaire d'une molécule en additionnant les masses de ses différents constituants. On a une mole de glucose C6H12O6, c'est à dire 602 sextillions de molécules. Chaque molécule contiendra 6 atomes de carbone. On aura donc 6 moles de carbone qui pèsent 12g chacune. On aura également 12 moles d'hydrogène qui pèsent 1g chacune et 6 moles d'oxygène qui pèsent 16g chacune(on peut le vérifier en regardant le tableau périodique). On va donc additionner les masses de tous les éléments de notre mole de glucose:
Carbone + hydrogène + oxygène
6 x 12g + 12 x 1 + 6 x 16 = 180 g
Donc la masse d'une mole(la masse molaire) de glucose est de 180g. On notera la masse molaire du glucose Mglucose et on pourra noter le résultat final: Mglucose = 180g/mol.

Analyse

On constate que dans les noyaux, la masse est légèrement plus faible que la somme des atomes réunis. Cette masse est contenue sous forme d'énergie dans le noyau et peut apparaître lors d'une réaction nucléaire.
On peut calculer la quantité d'énergie contenue dans le noyau grâce à la célèbre formule E = mc² où m est le défaut de masse et c la vitesse de la lumière dans le vide.

7/ Exercices

Comprendre

7/ Deux pour le poids d'un 
(5 mn)

Une mole est un paquet de 6,02.1023 éléments.Une mole d'atomes de chlore 35Cl a une masse de 35 g.
Une mole d'atomes de chlore 37Cl a une masse de 37 g. Sur Terre, une mole de chlore 75,77 % de 35Cl et 24,23 % de 37Cl.

Calcule la masse de 75,77% d'une mole de chlore 35.

0,7577 x 35 = 26,52g

Calcule la masse 24,23 % de 37Cl.

0,2423 x 37 = 8,96 g

Combien pèse une mole de chlore?

8,96 de 37Cl + 26,52 de 35Cl = 35,48 g

Appliquer

7/ Une bouteille shtroupfement bleue!ImageMatériel et protocole 
(60 mn)
Demarche d'investigation masse molaire tableau periodique masse molaire
1 Erlenmeyer de 250mL et son bouchon
1 Eprouvette
1 Balance
1 Verre de montre
Spatule
pipette
Eau distillée
Glucose en poudre
Bleu de methylène
Soude en poudre (hydroxyde de sodium)

Aidez le schtroumpf de la BD ci-contre.
Données:Eau = H2O Glucose = C6H12O6 hydroxyde de sodium ou soude = NaOH
1 litre d'eau pèse 1 kilogramme.

Aide

La masse molaire M est la masse d’une mole d'un élément. Par exemple, la masse molaire atomique de l’élément carbone est 12 g/mol,c’est à dire...

qu’une.......de l’élément ...... a une masse de ......

c’est à dire qu’une mole de l’élément carbone a une masse de 12g

Le tableau ci-contre donne les valeurs des masses molaires atomiques des éléments. Cherche dans ce tableau les masses molaires atomiques des éléments suivants et exprime les en g/mol :

hydrogène H

MH = 1 g/mol

azote N

MN = 14 g/mol

oxygène O

MO = 16 g/mol

sodium Na

MNa = 23 g/mol

La masse molaire moléculaire se calcule en ajoutant les masses molaires atomiques des éléments qui constituent la molécule.

Calcule la masse molaire de l'eau (H2O)

Meau = MH x 2 + MO = 2 + 16 =18 g/mol

Quel est la masse de 3,5 mol d'eau?

m = 3,5 mol x 18 g/mol = 63 g

L'eau a pour masse volumique 1 g/mL

Quelle est le volume de 3,5 mol d'eau?

V = 63g /(1 g/mL) = 63 mL

Calcule la masse molaire du glucose (C6H12O6)

Mglucose = MC x 6 + MH x 12 + MO x 6 = 12 x 6 + 12 + 16 x 6 =180 g/mol

Quel est la masse de 0,8.10-2 mole de glucose?

m = 0,008 x 180 = 1,44 g

Calcule la masse molaire de l'hydroxyde de sodium (NaOH).

MNaOH = MNa + MO + MH = 23 + 16 + 1 = 40g/mol

Quel est la masse de 0,03 mole d'hydroxyde de sodium?

m= 0,06 x 40 = 1,2g

8/ Quand deux éléments identiques ont des nombres de masse différents, on dit qu'ils sont isotopes.

Comprendre

stabilité isotopeAtome et isotopesMasse et isotopes Thermomètre isotopique

Deux isotopes auront donc le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent. La majorité du carbone présent sur Terre est le carbone 12 12C (12 est son nombre de masse). Un de ses isotopes bien connu est le carbone 14 14C, en quantité constante dans l'atmosphère, qui permet de dater le décès des êtres vivants.
Le deutérium 2H est un isotope de l’hydrogène 1H avec lequel on fabrique l'eau lourde.
Deux isotopes se trouveront donc dans la même case du tableau périodique mais seront plus ou moins lourd et plus ou moins radioactif selon leur nombres de neutrons.Il y a en général à peu près autant de neutrons que de protons dans le noyau. Si ce n'est pas le cas, le noyau sera instable et pourra se diviser au cours d'une fission nucléaire.

Analyse

Masse molaire et isotopes

Qu'est-ce que le deuterium et l'eau lourde?
En fonction de quel isotope est calculée la masse molaire du tableau périodique?(voir le cas du chlore)

8/ Exercices

Comprendre

8/ Combien de nucléons? 
(9 mn)

A l'aide du tableau périodique, déterminer la composition des atomes suivants :

58Ni

Nickel = 28 protons; 58-28= 30 neutrons

20Ne

Neon = 10 protons; 20-10= 10 neutrons

208Pb

Plomb = 82 protons; 208-82 = 126 neutrons

22Ne

Néon= 10 protons; 22-10 = 12 neutrons

60Ni

Nickel = 28 protons; 60-28= 32 neutrons

31P

Phosphore = 15 protons; 31-15=16 neutrons

75As

Arsenic= 33 protons; 75-33=42 neutrons

108Ag

Argent=47 protons; 108 - 47 = 61 neutrons

80Br.

Le Brome a 35 protons; 80-35=45 neutrons

Quels sont les isotopes parmi ces éléments?

22Ne et 20Ne sont isotopes ainsi que 60Ni et 58Ni car ce sont les mêmes éléments ayant des nombre de masse différents.

8/ Entités inconnuesImage 
(5 mn)
entités inconnues

On donne ci-contre la composition de différents atomes ou ions monoatomiques. On justifiera chaque réponse.

Combien y a-t-il d’éléments différents ?

Les entités ayant le même nombre de protons(nombre atomique) sont les mêmes. Il y a donc 3 éléments différents car deux entités ont 2 protons.

Quels sont les éléments qui sont des atomes ? Ceux qui sont des ions ?

Pour être un atome, un élément doit être neutre, donc avoir autant de protons que d’électrons. Les entités a et b sont donc des atomes. Les autres sont des ions car ils ne sont pas neutres.

Cite les éléments qui sont isotopes. Deux éléments qui ont le même nombre de protons et un nombre de neutrons différents sont isotopes. Les entités a et b sont donc isotopes.

Appliquer

8/ Acide lactique 
(15 mn)

L'acide lactique est un acide organique qui joue un rôle dans divers processus biochimiques. Contrairement à ce que peut laisser penser son nom, l'acide lactique n'est pas présent uniquement dans le lait, mais également dans le vin, certains fruits et légumes, et dans les muscles.
Lors d’un effort, si la quantité de dioxygène parvenant aux muscles est insuffisante, de l’acide lactique est produit, ce qui peut provoquer des crampes. Il a pour formule C3H6O3

Donne le nombre atomique des différents atomes composants cette molécule.

Le nombre atomique correspond au nombre de protons 1H, 6C, 8O

L’hydrogène ne possède pas de neutrons, le carbone en possède 6 et l’oxygène 8 .

Donne le nombre de masse des différents atomes. Pourquoi le nombre de masse possède-t-il ce nom ?

Le nombre de masse (A) est le nombre de nucléons, il porte ce nom car on peut en déduire la masse de l’élément (la masse des électrons est négligeable).1H, 12C, 16O

masse d’un nucléon = 1,67.10-24g

Quelle est la masse de la molécule d’acide lactique ?

masse = nombrenucléons x massenucléon =( 3x12 + 6x1 + 3x16 ) x 1,67.10-24g = 90 x 1,67.10-24g=1,5.10-22g

Comment définir la relation entre le 12C et 13C ?

Ils ont le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différents, ils sont donc isotopes.

Quelle serait la masse de l’acide lactique si tous ses carbones étaient du 13C ?

masse = nombrenucléons x massenucléon = ( 3x13 + 6x1 + 3x16 ) x 1,67.10-24g = 93 x 1,67.10-24g=1,55.10-22g

1 mole = 6,02.1023 éléments

Quelle est la masse molaire de l’acide lactique ?

M= m x 6,02.1023=1,5.10-22g x 6, 02.1023 = 90 g/mol

8/ Carbone 14AnimationVidéo ou Lien externe 
(14 mn)
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On trouve majoritairement de l'hélium 4 (4He) et du carbone 12 (12C) sur la Terre.

Que signifie les nombres 4 et 12?

Ces nombres correspondent au nombre de nucléons dans le noyau de l'atome, c'est-à-dire à la somme protons + neutrons .

Construire un atome

A l'aide de l'animation ci-dessus, donner la formule de deux atomes d'Hélium (He), isotopes l'un de l'autre.

3He et 5He

Que se passe-t-il si on met beaucoup plus de neutrons que de protons dans le noyau?

Le noyau devient instable et il risque d'exploser lors d'une fission nucléaire.

Datation au carbone 14

Comment fonctionne la datation au carbone 14 (14C)?

On compare la proportion normale de 14C dans l'atmosphère avec la proportion de 14C dans l'échantillon et on va pouvoir mesurer quelle est la proportion qui a explosé entre la mort de l'individu et l'heure actuelle.

9/ La charge des protons et des électrons a pour valeur absolue 1,6.10-19Coulombs

Comprendre

Les protons et les électrons ont la même charge mais les protons sont chargés positivement et les électrons négativement. Le Coulomb est l’unité de la charge électrique en hommage à Charles-Augustin Coulomb qui a travaillé sur les forces des charges électriques.
Un courant électrique d'un Ampère correspond au passage d'un Coulomb par seconde, ce qui correspond au passage de 6,24×1018 électrons en une seconde.

Analyse

Sur quoi travaillait Coulomb?
Comment a-t-il réussi à prouver l'existence de la loi qui porte maintenant son nom?

9/ Exercices

Appliquer

9/ Chargez! 
(10 mn)

Autour d'un noyau de carbone, on mesure une charge Q = -9,6.10-19Coulomb.

A quelles particules élémentaires doit-on cette charge?

On la doit aux électrons, les seuls composants de l'atome à être négatif.

Combien y en a-t-il autour du noyau?

La charge d'un électron est de -1,6.10-19C , il y en a donc 9,6/1,6 = 6 dans cet atome.

On détermine la charge du noyau d'un atome : Q=25,6.10-19Coulomb.

Quelle particule élementaire est responsable de la charge?

Ce sont les protons

Combien le noyau en contient-il?

Chaque proton a une charge de 1,6.10-19C. Le noyau contient donc 25,6/1,6 = 16 protons

Quel est cet élément?

D'après le tableau périodique, c'est le soufre qui à 16 protons dans son noyau


Projets

De quoi sont composés les protons et les neutrons? (30 mn)

Les composants des protons et des neutrons ont-ils la même masse?

Mots-clefs: quark up et quark down

A quoi sont du les charges différentes charges des protons et des neutrons?

Faire l'addition des charges des différents composants pour le savoir.

Comment expliquer que les protons restent ensembles? (30 mn)

D'après la loi de Coulomb, les protons s'attirent-ils?

Comment s'appelle la force qui les maintient réunis?

Mot-clef:interaction forte

Constitution du sel... (45 mn)

De quels élément est constitué le sel de table?

De quelles familles font-ils partie?

Quel est l'élement le plus électronégatif des deux?

Eléments et électronégativité

Pourquoi dit-on que le sel est un cristal ionique?