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Physique-Chimie · 1ère Année Bac — Sciences Expérimentales

Le modèle de l'atome

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

1. Structure de l'atome L'atome est constitué d'un noyau central (chargé positivement) et d'électrons (chargés négativement) qui gravitent autour.

  • Le noyau contient des protons (charge $+e$) et des neutrons (charge nulle).
  • Les électrons ont une charge $-e$.
  • L'atome est électriquement neutre : le nombre de protons est égal au nombre d'électrons.

2. Caractéristiques du noyau Un noyau est représenté par le symbole : $^A_Z X$

  • $X$ : Symbole de l'élément chimique.
  • $Z$ : Numéro atomique (nombre de protons).
  • $A$ : Nombre de masse (nombre de nucléons, soit protons + neutrons).
  • $N$ : Nombre de neutrons, calculé par la relation : $N = A - Z$.

3. Les Ions Un ion est un atome ayant perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.

  • Cation : Atome ayant perdu des électrons (charge positive). Exemple : $Na^+$.
  • Anion : Atome ayant gagné des électrons (charge négative). Exemple : $Cl^-$.

4. Configuration électronique Les électrons se répartissent sur des couches électroniques ($K, L, M$).

  • Couche $K$ : maximum 2 électrons.
  • Couche $L$ : maximum 8 électrons.
  • Couche $M$ : maximum 8 (ou 18 selon le niveau, mais en 1ère Bac on reste sur le modèle simplifié).

Méthodes à maîtriser

  1. Calculer le nombre de neutrons : Utiliser $N = A - Z$.
  2. Déterminer la charge du noyau : $Q_{noyau} = +Z \cdot e$ (avec $e = 1,6 \cdot 10^{-19} \text{ C}$).
  3. Écrire la configuration électronique : Distribuer les électrons couche par couche ($K, L, M$).
  4. Passer de l'atome à l'ion :
    • Pour un cation $X^{n+}$, le nombre d'électrons est $Z - n$.
    • Pour un anion $X^{n-}$, le nombre d'électrons est $Z + n$.

Exemples corrigés

Exemple 1 : Soit l'atome d'aluminium $^{27}_{13}Al$.

  • Nombre de protons : $Z = 13$.
  • Nombre de neutrons : $N = A - Z = 27 - 13 = 14$.
  • Charge du noyau : $Q = 13 \times 1,6 \cdot 10^{-19} = 2,08 \cdot 10^{-18} \text{ C}$.

Exemple 2 : Écrire la configuration électronique de l'ion oxygène $O^{2-}$ ($Z=8$).

  • L'atome $O$ a 8 électrons.
  • L'ion $O^{2-}$ a gagné 2 électrons, donc il en a $8 + 2 = 10$.
  • Configuration : $(K)^2 (L)^8$.

Erreurs fréquentes

  • Confondre $A$ et $Z$ : Rappelez-vous que $A$ est toujours le plus grand (masse totale).
  • Oublier la neutralité : Dans un atome, $Z_{protons} = Z_{électrons}$. Si l'atome est neutre, on ne compte pas les charges.
  • Erreur de signe pour les ions : Un cation est $+$ (perte d'électrons), un anion est $-$ (gain d'électrons).

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Défi flash : 4 questions

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🎯 Le modèle de l'atome

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Le nombre de masse AA représente :

❓ Questions fréquentes

Si un atome de Magnésium (Z=12) devient l'ion Mg^{2+}, combien d'électrons possède-t-il ?
  1. L'atome neutre a $Z = 12$ électrons.
  2. L'ion $Mg^{2+}$ a perdu 2 électrons (le signe $+$ indique une perte).
  3. Nombre d'électrons $= 12 - 2 = 10$.

💡 À retenir : Cation $2+ \rightarrow$ on retire 2 électrons.

Qu'est-ce qu'un nucléon ?
  1. Un nucléon est une particule située dans le noyau.
  2. Les protons et les neutrons sont tous les deux des nucléons.
  3. Le nombre de nucléons est égal au nombre de masse $A$.

💡 À retenir : Nucléons = Protons + Neutrons.

Comment écrire la configuration électronique de l'atome de Carbone (Z=6) ?
  1. On a 6 électrons à placer.
  2. On remplit la couche $K$ d'abord : $(K)^2$.
  3. Il reste $6 - 2 = 4$ électrons pour la couche $L$ : $(L)^4$.
  4. Résultat : $(K)^2 (L)^4$.

💡 À retenir : Toujours remplir les couches de la plus proche du noyau à la plus éloignée.

La charge d'un électron est-elle la même que celle d'un proton ?
  1. Oui, la valeur est la même : $e = 1,6 \cdot 10^{-19} \text{ C}$.
  2. Mais le signe est opposé.
  3. Proton $= +e$ ; Électron $= -e$.

💡 À retenir : Valeur identique, signes contraires.

Un anion peut-il avoir une charge positive ?
  1. Non.
  2. Par définition, un anion est un atome qui a gagné des électrons.
  3. Comme les électrons sont négatifs, l'anion devient chargé négativement.

💡 À retenir : Anion = charge négative.

Si A=40 et Z=20, quel est le nombre de neutrons ?
  1. On applique la formule $N = A - Z$.
  2. $N = 40 - 20 = 20$.

💡 À retenir : $N = 20$.

Chno hiya l-farq bin l-atome w l-ion?
  1. L'atome est neutre : il a autant de protons (+) que d'électrons (-).
  2. L'ion est une espèce chargée : il a gagné ou perdu des électrons.

💡 À retenir : Atome = neutre | Ion = chargé.

Kifach n7seb l-3adad dyal l-neutrons?
  1. Repère le nombre de masse $A$ (en haut à gauche du symbole).
  2. Repère le numéro atomique $Z$ (en bas à gauche).
  3. Fais la soustraction : $N = A - Z$.

💡 À retenir : $N = A - Z$.

Chno hiya l-charge dyal l-nucléus?
  1. Le noyau contient $Z$ protons.
  2. Chaque proton a une charge $+e$.
  3. La charge totale est $Q = Z \times e$.

💡 À retenir : La charge du noyau est toujours positive.

Quelle est la différence entre un proton et un neutron ?
  1. Le proton possède une charge électrique positive ($+e$).
  2. Le neutron est électriquement neutre (charge nulle).
  3. Ils ont une masse similaire, mais leurs propriétés électriques diffèrent.

💡 À retenir : Proton = $+$, Neutron = $0$.

Comment identifier des isotopes ?
  1. Regarde le numéro atomique $Z$.
  2. Si deux atomes ont le même $Z$ mais des $A$ différents, ce sont des isotopes.
  3. Ils ont le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent.

💡 À retenir : Même $Z$, $A$ différent $\rightarrow$ Isotopes.

Peut-on changer le nombre de protons d'un atome sans changer sa nature chimique ?
  1. Non.
  2. Le numéro atomique $Z$ définit l'élément chimique.
  3. Si on change $Z$, on change d'élément.

💡 À retenir : $Z$ est l'identité de l'atome.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Exercice 1 (Niveau Facile) : Compléter le tableau suivant Soit un atome $X$ tel que $Z = 11$ et $A = 23$.

  1. Déterminer le nombre de protons, de neutrons et d'électrons de cet atome.
  2. Calculer la charge du noyau (en Coulombs).

Exercice 2 (Niveau Moyen) : Les ions et la configuration On considère l'atome de Fluor ($Z=9$) et l'ion Fluorure $F^-$.

  1. Donner la configuration électronique de l'atome de Fluor.
  2. Donner la configuration électronique de l'ion $F^-$.
  3. Préciser la charge de l'ion $F^-$.

Exercice 3 (Niveau Difficile) : Isotopes et calculs Deux atomes $A$ et $B$ sont isotopes. L'atome $A$ possède 6 protons et 6 neutrons. L'atome $B$ possède 6 protons et 8 neutrons.

  1. Donner les symboles de $A$ et $B$ en utilisant le symbole du Carbone ($C$).
  2. Calculer la charge du noyau de l'atome $B$.
  3. L'atome $B$ perd 4 électrons pour devenir un ion $B^{4+}$. Donner la configuration électronique de cet ion.
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