Chapitre 1: Les Principaux constituants de l'atome

Chapitre I : Principaux constituants de l’atome



  • Introduction à l'atome:

L'atome est l'unité fondamentale de la matière. Chaque atome est constitué d'un noyau central, contenant des protons et des neutrons, entouré d'un nuage d'électrons. La compréhension de la structure atomique est essentielle pour la chimie et la physique.

  • Histoire de la découverte de l'atome:

1- Les philosophes grecs (5ème siècle avant J.-C.) :

Démocrite et Leucippe
  • Ont proposé que la matière est constituée de particules indivisibles appelées "atomes".
John Dalton (1803) :
  • Développe la première théorie atomique moderne : les atomes sont des particules indivisibles et indestructibles qui composent tous les éléments chimiques.
Joseph John Thomson (1897) :
  • Découvre l'électron et propose le modèle du "plum pudding" où les électrons sont incrustés dans une "soupe" positive.

Ernest Rutherford (1911) :

  • Découvre le noyau atomique à travers l'expérience de la feuille d'or, proposant un modèle avec un noyau dense et des électrons orbitant autour.

Niels Bohr (1913) :

  • Propose un modèle où les électrons occupent des orbites définies autour du noyau avec des niveaux d'énergie quantifiés.

2- Mécanique quantique (années 1920-1930) :

Développement de modèles plus complexes par Schrödinger, Heisenberg, et Dirac, incorporant les principes de la mécanique quantique pour décrire le comportement des électrons.

  • Modèles atomiques historiques:

1- Modèle de Dalton :

  • Atomes comme particules solides et indivisibles.

2- Modèle de Thomson :

  • "Plum pudding" : électrons plongés dans une matrice de charge positive.

3- Modèle de Rutherford :

  • Atome avec un noyau central massif et des électrons orbitant à distance.

4- Modèle de Bohr :

  • Électrons en orbites circulaires avec des niveaux d'énergie fixes.

5- Modèle quantique :

  • Orbitales électroniques décrites par des fonctions d'onde avec des probabilités de présence des électrons.

  • Les particules subatomiques:

1- Les protons :

  • Particules de charge positive (+1) situées dans le noyau.
  • Masse relative de 1 (1.6726 × 10^-27 kg).
  • Définissent l'élément chimique (numéro atomique).

2- Les neutrons :

  • Particules neutres situées dans le noyau.
  • Masse légèrement supérieure à celle du proton (1.6750 × 10^-27 kg).
  • Stabilisent le noyau en neutralisant les répulsions entre protons.

3- Les électrons :

  • Particules de charge négative (-1) orbitant autour du noyau.
  • Masse négligeable par rapport au proton (9.109 × 10^-31 kg).
  • Impliqués dans les liaisons chimiques et les réactions.

  • Les caractéristiques des particules subatomiques:

1- Charge électrique :

  • Protons : +1 e
  • Électrons : -1 e
  • Neutrons : 0 e

2- Masse :

  • Protons et neutrons ont une masse comparable (~1 unité de masse atomique, uma).
  • Électrons ont une masse beaucoup plus faible (~1/1836 uma).

3- Spin :

  • Propriété intrinsèque des particules subatomiques décrite par un nombre quantique de spin (1/2 pour protons, neutrons, et électrons).

  • Les forces fondamentales:

1-Force électromagnétique :

  • Responsable des interactions entre particules chargées.
  • Maintient les électrons en orbite autour du noyau.

2- Force nucléaire forte :

  • Force attractive qui maintient les protons et les neutrons ensemble dans le noyau.
  • Agit à très courte distance (~10^-15 mètres).

3-Force nucléaire faible :

  • Responsable de certains types de désintégration radioactive (par exemple, la désintégration bêta).

3-Gravité (dans le contexte atomique) :

  • Force attractive entre toutes les masses.
  • Négligeable à l'échelle atomique par rapport aux autres forces.

  • Les isotopes:

1- Définition et importance :

  • Isotopes : atomes d'un même élément ayant le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons.
  • Affectent les propriétés physiques mais pas les propriétés chimiques de l'élément.

2- Applications des isotopes :

  • Datation radiométrique : utilisation des isotopes radioactifs pour dater des matériaux (ex. carbone-14).
  • Médecine nucléaire : isotopes utilisés pour le diagnostic et le traitement (ex. iode-131).
  • Traçage isotopique : utilisation d'isotopes comme traceurs dans les études biologiques et environnementales.