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2DE : IDENTITÉ DE LA MATIÈRE À L’ÉCHELLE MICROSCOPIQUE

vendredi 13 août 2021, par

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Identité de la matière à l'échelle de la matière

Identité de la matière à l’échelle de la matière

Rappel : Le nanomètre nm est le millionnième du mm : 1 nm = \(10^{-6}\) mm = \(10^{-9}\) m.

AtomesORMicroElectronique.png

Figure 1 : Monocristal d’or de 8 nanomètres observé par microscopie électronique à haute résolution. L’arrangement parfait des atomes d’or révèle l’absence de défauts cristallins. © ERC/CNRS Photothèque / Marie-Paule PILENI, Nicolas GOUBET

L’OR À L’ÉCHELLE MACROSCOPIQUE, L’ESPÈCE CHIMIQUE

  • Comme le suggère la photo précédente, on peut définir l’espèce chimique or comme une collection d’un nombre très élevé d’entités identiques.

L’OR À L’ÉCHELLE MICROSCOPIQUE, L’ENTITÉ CHIMIQUE

  • Pour l’or à échelle microscopique, l’entité chimique est l’atome.
  • En utilisant la photo précédente et son échelle, évaluons grossièrement la valeur de la taille d’un atome d’or :

- Le diamètre d'un atome d'or est approximativement

L’ATOME ET SON NOYAU

Extrait de La vie à fil tendu de Georges CHARPAK (1924-2010), Prix Nobel de physique en 1992 pour la mise au point d’un détecteur de particules.

Lorsque j’entrai au laboratoire dirigé par Joliot au Collège de France, la connaissance que j’avais de la structure de la matière ne devait guère dépasser celle acquise par un lycéen de 1993 abonné à de bonnes revues de vulgarisation. Je les résume rapidement : la matière est composée d’atomes, eux-mêmes constitués de noyaux entourés d’un cortège d’électrons. Les noyaux portent une charge électrique positive qui est de même valeur et de signe opposé à la charge des électrons qui gravitent autour du noyau. La masse d’un atome est concentrée dans le noyau. (…)

Le noyau de l’hydrogène, ou proton, porte une charge électrique positive. Celui-ci a un compagnon, le neutron, qui est neutre électriquement et a sensiblement la même masse. Tous deux s’associent de façon très compacte pour constituer les noyaux qui sont au cœur des atomes peuplant notre univers. Ils s’entourent d’un cortège d’électrons dont la charge compense exactement celle des protons. En effet, la matière est neutre, sinon elle exploserait en raison de la répulsion qu’exercent l’une sur l’autre des charges de même signe, positif ou négatif. Il faut avoir en tête l’échelle des dimensions. Le diamètre d’un atome est voisin d’un centième de millionième de centimètre. Celui d’un noyau est cent mille fois plus petit. On voit donc que presque toute la masse d’un atome est concentrée en un noyau central et que, loin sur la périphérie, se trouve un cortège qui est fait de particules de charge électrique négative, les électrons. C’est ce cortège seul qui gouverne le contact des atomes entre eux et donc tous les phénomènes perceptibles de notre vie quotidienne, tandis que les noyaux, tapis au cœur des atomes, en constituent la masse.

  • Compléter à l’aide du texte précédent (et de vos connaissances) :

Au sujet du proton p


- Il est
- Sa charge électrique est

Au sujet du neutron n


- Il est
- Sa charge électrique est

Au sujet de l’électron e-


- Il est
- Sa charge électrique est

Globalement, au sujet de l’atome


- La charge électrique d'un atome est

Tableau de données quantitatives

Particule proton p neutron n électron e-
Charge en Coulomb +e 0 -e
Masse en kg \(m_{p}\) = \(1,67262 \times 10^{-27}\) \(m_{n}\) = \(1,67493 \times 10^{-27}\) \(9,10939 \times 10^{-31}\)
  • « e » désigne la charge élémentaire qui a pour valeur \(1,602 \times 10^{-19}\) C.
    • C pour Coulomb est l’unité de charge électrique.
  • On constate que :
    • \(m_{p}\) \(\simeq\) \(m_{n}\) \(\simeq\) \(1,67 \times 10^{-27}\) kg.
    • \(m_{e-}\) \(<<<\) \(m_{p}\)

ÉCRITURE CONVENTIONNELLE DU NOYAU \(_{Z}^{A}X\)

  • \(_{Z}^{A}X\)
    • Z : Nombre de protons
    • A : Nombre de nucléons : protons + neutrons.
    • X : Symbole de l’élément concerné

Exemple :

\(_{2}^{4}He\) : Noyau d’hélium 4 constitué de

  • Z = 2 protons
  • A = 4 nucléons dont 2 protons d’où 4 - 2 = 2 neutons.
  • \(_{2}^{4}He\) : Noyau d’hélium constitué de 2 protons et 2 neutrons.

Autres exemples à compléter

\(_{6}^{13}C\) : Constitution du noyau de carbone 13 :


- Nombre de protons :

- Nombre de neutrons :

\(_{17}^{35}Cl\) : Constitution du noyau de chlore 35 :


- Nombre de protons :

- Nombre de neutrons :

\(_{26}^{56}Fe\) : Constitution du noyau de fer 56 :


- Nombre de protons :

- Nombre de neutrons :
  • À SUIVRE …

Created: 2021-08-20 ven. 00:28

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