Introduction à la chimie universitaire

Le noyau

L'atome n'est la particule ultime de la matière qu'en apparence. La structure réelle est complexe. On y distingue essentiellement un noyau entouré d'un nuage d'électrons.

Le noyau est constitué d'un assemblage de particules appelées nucléons qui peuvent être soit des neutrons soit des protons.

Les protons portent une charge électrique positive +e, et de masse sensiblement égale à 1 dans l'échelle des masses atomiques relatives.

Les neutrons sont des particules fondamentatales non chargés électriquement et de masse très voisine de celle des protons.

Le nuage électronique

Les électrons, des particules fondamentatales de charge négative et très légères, gravitent autour du noyau de l'atome. Ces électrons se placent à des distances differentes dans un espace très grand par rapport au diamètre du noyau, formant ainsi le nuage électronique.

Caractéristiques des particules élémentaires et de l'atome

(*) 1u (unité de masse atomique)= 1/12 de la masse de nucléide

(**) 1 C=1Coulomb, unité de quantité d'électricité.

Plusieurs constatations découlent de ce tableau.

	L'essentiel de la masse de l'atome est concentrée dans le noyau. C'est pourquoi le nombre de nucléons est appelé nombre de masse et est noté A.
	L'atome, étant électriquement neutre, est constitué d'un même nombre de protons et d'électrons. C'est ce nombre qui est appelé nombre (ou numéro) atomique, et qu'on désigne par Z.
	La masse du proton (mp) est sensiblement égale à celle du neutron (mn). Par contre,la masse de l'électron (me) est plus petite. Le rapport mp/ me est de 1836,1. Dans la masse d'un atome, la contributionde la masse des électrons est donc négligeable, vis-à-vis de la masse du noyau.
	L'unité de masse atomique (en abrégé u.m.a.; symbole u) est définie comme la douzième partie de la masse de l'atome dont le noyau possède six neutrons et six protons.

Une unité de masse atomique u = 1,6605 x 10-27 kg.

Le nucléide

Un nucléide est l'ensemble des atomes dont les noyaux contiennent le même nombre de protons et de neutrons. Un nucléide sera représenté par :

Chaque valeur du numéro atomique Z qui est égal au nombre de protons définit un élément. Le nombre de masses A (nombre de nucléons dans le noyau de l'atome) s'obtient en faisant l'arrondi de la masse relative. Par conséquent, le nombre de neutrons N s'obtient en faisant A - Z.


Question posée: Considérons la nomenclature de l'atome de baryum . Donner la composition du noyau et le nombre d'électrons contenus dans cet atome. Résolution: Un atome de baryum (Ba) a pour numéro atomique Z=56 et pour nombre de masse A=137. Le noyau contient 56 protons (le numéro atomique) et 81 neutrons (N=A-Z=137-56=81). Il est donc entouré de 56 électrons.

Les ions

Un atome, qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons n'est plus électriquement neutre.C'est un ion.

Si un atome gagne un électron, c'est un ion chargé négativement, il est appelé anion.

Si un atome perd un électron, c'est un ion chargé positivement, il est appelé cation.


Question posée: Indiquer le nombre d'électrons contenus dans les ions suivants: ion fluorure F-, ion potassium K+, ion calcium Ca2+,en connaissant les numéros atomiques du fluor F (Z=9), du potassium K (Z=19), du calcium Ca (Z=20). Résolution: - ion fluorure F- : l'atome de fluor est neutre, il possède autant de protons que d'électrons, c'est à dire 9. L'ion fluorure possède une charge négative, il contient donc un électron en excès par rapport à l'atome de fluor. Ce qui fait 10 électrons. - ion potassium K+ : l'atome de potassium possède 19 électrons. L'ion potassium a une seule charge positive, il contient donc un électron en défaut par rapport à l'atome neutre, c'est à dire 18 électrons. - ion calcium Ca2+ : l'atome de calcium possède 20 électrons. L'ion calcium est chargé deux fois positivement, il contient donc deux électrons en défaut par rapport à l'atome neutre, c'est à dire 18 électrons.

Les isotopes

Les isotopes sont des atomes, dont les noyaux ont le même nombre de protons, mais des nombres de neutrons différents. Deux isotopes ont donc le même numéro atomique Z, mais un nombre de masse A différent.

Ce sont des éléments chimiques qui se retrouvent dans la même case dans le tableau de Mendeleïev, car ils possèdent les mêmes propriétés chimiques que l'élément qui le représente. En effet les propriétés sont déterminées par le nombre d'électrons et celui-ci reste identique.

Les éléments naturels sont presque toujours des mélanges d'isotopes dans différentes proportions.

On définit une masse nucléidique relative (Ar) comme le rapport de la masse d'un atome du nucléide considéré au douzième de la masse du nucléide

.Cette masse moyenne tient compte de la composition isotopique naturelle. En pratique, on la calcule en faisant une moyenne des masses atomiques relatives des isotopes constitutifs, pondérée par la composition isotopique naturelle.


Question posée:: La composition isotopique naturelle du chlore naturel est 75.77% d'atomes 35Cl et 24,23% d'atomes de 37Cl. Les valeurs des masses nucléidiques relatives dedeux isotopes du chlore sont: 35Cl - 34,9689 et 37Cl - 36,9659. Calculer la masse atomique relative du chlore naturel. Comparer avec la valeur indiquée dans le tableau périodique. Résolution: A partir des données fournies on peut en déduire: Ar(Cl)=0,7577 x 34,9689 + 0,2423 x 36,9659=35.45 u .m.a. Cette valeur correspond à la valeur indiquée dans le tableau périodique pour le chlore élémentaire.