Chapitre 1: Structure de l'atome, Remise à niveau

Introduction:

Le mot "Atomos" signifie insécable.

La théorie atomistique date d'environ le 18ème siècle et a été admise par les scientifiques au 20ème siècle.

I/ Constitution de l'atome.

    1/ les particules.

Définition: Un atome est contitué d'un noyau possédant une masse et une charge électrique positive au cours duquel gravitent un ensemble d'électrons de charge négative.

Le noyau est contitué de particules appelées nucléons qui sont de deux types: Protons et Neutrons.

Le nombre de protons est égale au nombre de charges ou au Numéro atomique qui a pour notation Z.

Le nombre de neutrons a pour notation N et le nombre de nucléons (masse) a pour notation A.

A = Z + N

Par conséquent, on symbolise un noyau ou un atome par:

 

Exemple: pour le Carbone, il a pour symbole

Tout atome est caractérisé par le couple (A,Z).

    2/ Les caractéristiques des particules.

 

La masse des électrons est négligeable par rapport à celle des nucléons, la masse d'un atome est essentiellement concentrée dans son noyau:

Masse atome (~Masse noyau )= A * Masse nucléon

Dans un atome, il y a toujours autant d'électrons que de protons par conséquent la charge globale d'un atome est neutre.

    3/ Les isotopes.

Il existe des atomes dont les noyaux ont le même nombre de protons (même numéro atomique Z) mais des nombres de neutrons différents (masse différente).

Ce sont des isotopes.

Exemple: Carbone 12, 13 et 14.

 

 

II/ le Modèle de Bohr.

    1/ Le Modèle.

1ère règle : On considère que à chacune des valeurs possibles pour l'Energie d'un électron correspond une trajectoire circulaire uniforme sur laquelle l'électron ne perd pas d'énergie et se trouve à une distance définie du noyau.

2ème règle : Les changements d'un électron ne peuvent s'effectuer que par des sauts discontinus d'un niveau à un autre. Ces sauts sont appelés des transitions électroniques. Si la variation d'énergie associée à cette transition électronique est ΔE, la fréquence du rayonnement absorbé ou émis est définie par la relation:

3ème règle : Si tous les électrons d'un atome sont à leur plus bas niveau d'Energie possible, l'atome est dans l'état fondamental. Les niveaux d'énergie sont des couches électroniques.

    2/ les couches électroniques.

Autour d'un noyau, il existe plusieurs couches auquel on affecte conventionnellement des lettres majuscules qui commencent par K, L, M, N ...

Il associe aussi un nombre"n" qui est le nombre quantique principal dans lequel n≥1.

K --> n=1.

L --> n=2.

M --> n=3.

N --> n=4.

III/ Modèle Ondulatoire.

    1/ Description Mathématique.

Elle a été élaboré par Schrödinger en 1927.

On ne peut pas localiser précisément où se trouvent les électrons dans l'espace mais on détermine la probabilité de trouver cet électron dans un élément de volume appelé Orbitale Atomique.

L'état d'un électron dans un atome c'est-à-dire à la fois son Energie et la géométrie de la région de l'espace dans lequel il évolue est défini par les valeurs de quatre nombres quantiques:

    - n : Nombre Quantique Principal, n≥1. Il désigne la couche électronique et la taille du volume;

    - l : Nombre Quantique Secondaire, 0 ≤ l ≤ n-1. Il désigne les sous-couches et décrit la géométrie du volume.

    - m : Nombre Quantique Magnétique, -l ≤ m ≤ +l. Il désigne les cases quantiques et l'orientation du volume.

    - s : s = +1/2 ou -1/2.

    2/ Les sous-couches électroniques.

Les sous-couches électroniques sont aussi appelés les O.A. ou Orbitales Atomiques.

Elles décrivent un niveau d'Energie ainsi que la géométrie de l'espace où l'électron se trouve le plus souvent. A chaque valeur de l corespond un type d' Orbitale Atomique.

  l = 0 --> Orbitale de type s.

  l = 1 --> Orbitale de type p.

  l = 2 --> Orbitale de type d.

    3/ Les cases quantiques.

Chaque case quantique qui correspond à une valeur de m représnte une orbitale atomique ou sous-couche électronique. On représente les cases quantiques par un carré et les sous-couches p et d par un bloc de 3 ou 5 carrés.

    4/ La configuration électronique.

Pour répartir les Z électrons d'un atome sur les différentes orbitales atomiques ou cases quantiques, c'est définir la configuration électronique d'un atome. Le remplissage des cases quantiques ou orbitales atomiques suit 3 règles:

    - Les orbitales de plus faible Energie sont remplis en premier;

    - le principe d'exclusion de Pauli : Dans une orbitale atomique, on peut mettre au maximum 2 électrons. De plus, 2 électrons d'un même atome ne peuvent avoir leurs quatres nombres quantiques identiques, ils doivent se différencier au moins par l'orientation de leurs spins;

    - La régle de Hund : Lorsque les électrons remplissent des orbitales atomiques p et d de même niveau d'Energie, ils occupent successivement des orbitales avec des spins parallèles jusqu'à ce que le niveau soit à demi rempli.

     5/ La Couche de valence.

Les électrons de la couche de nombre quantique n la plus élevée est appelée la couche de valence. Ces électrons participent à la formation des liaisons chimiques.

    6/ Représentation de l'atome et Représentation de Lewis.

A partir de la configuration électronique des atomes, on dénombre le nombre d'électrons de la couche de valence.

Il faut placer les électrons autour du symbole de l'élément chimique selon les quatre directions : Nord, Ouest, Est, Sud. S'il y a plus de 4 électrons, les suivants formeront des paires successives avec les premiers et on les relie par un trait pour former un doublet électronique.

Les électrons seuls sont appelés des électons non appariés.

 

 

 

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