L’architecture de la matière

L’architecture de la matière Chapitre 1: L’ATOME

1 – Les constituants de l’atome • L'atome est un édifice électriquementneutre de très petites dimensions. • Ordre de grandeur: masse de l'atome: m ≈ 10 -26 kg. rayon de l'atome: ra ≈ 100 pm • L’atome est constitué d’un noyau et d’électron(s) gravitant autour du noyau

1.1 – Les électrons • a – Mise en évidence: fin du XIXème siècleExpériences de Crookes et Perrin  Tube en verre Gaz sous faible pression Molécules de gaz subissant le choc avec l’électron  e- e- C A v - + e- Courant électrique= déplacement d’électrons I  Energie du choc=> émission de lumière U Source de tension

1.1 – Les électrons • b – Caractéristiques de l’électron Mesure du rapport e/m – Expérience de Thomson   y y + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + U U FE ys d ys=0 e- d FE e- x x e- e- FB B: champ magnétique - - - -- -- -- - - --- ----- - - - - - -- -- -- - - -- ---- -- L L FE  U => Champ électriqueE=U/d entre les armatures du condensateur => Force électriqueFEqui dévie les électrons => déviation deys sur une longueur L FB  Champ magnétique B => Force magnétiqueFBqui compense la force électrique FE soit FE= FB  => De cette égalité, on en déduit e/m=1,7588 1011C/kg

1.1 – Les électrons • b – Caractéristiques de l’électron Mesure de e – Expérience de Millikan 1909 • Il s’agit d’étudier le mouvement de gouttelettes d’huile entre les armatures d’un condensateur plan horizontal expérience vu en TP au 2nd semètre • Charge électrique des gouttelettes d’huile = multiple d’une constante e. (notion de quantification) • Charge d’une gouttelette Q= - Z.e avec Z entier Charge électrique de l’Électron q= – e : charge élémentaire e e = |q| =1,602 10 -19 C/kg • De e/m et e, on en déduit: m = 0,9110 10 -30 kg

1.2 – Le noyau • A – Mise en évidence et dimensions Vue de face de l’écran Vide Source radioactive émettant les particules α Scintillation crée par une particule α ayant subit une déviation Scintillations crées par les particules α non déviées ZOOM Faisceau de particules α Fine feuille d’or(1μm) Seules quelques particules sont déviées : celles qui sont passées suffisamment près d’un noyau.

1.2 – Le noyau • a – Mise en évidence et dimensions Cette expérience montre : • La structure lacunaire de la matière Principalement constituée de vide • Elle permet d’atteindre les dimensions du noyau Rnoyau =10 -5 ratome≈ 10 -6 nm

1.2 – Le noyau • b – Les constituants du noyau: les nucléons Il existe 2 types de nucléons: • Le proton: masse m=1,6726 10-27 kg charge q=1,6 10-19 C • Le neutron: masse m=1,6749 10-27 kg charge q=0 C

1.2 – Le noyau • c – Structure du noyau (les nucléons)  Le noyau contient A nucléons A: nombre de masse A = Z + N  Dont N neutrons  Dont Z protons Z: nombre de charge ou numéro atomique Notation: X symbole de l’élément chimique Le noyau est noté : X => L’atome est électriquement neutre, il comporte autant d’électrons que de protons, soit Z électrons A Z

1.2 – Le noyau • c – Structure du noyau (les nucléons) • Deux noyaux ayant même nombre de protons sont appelés isotopes D’où - même valeur de Z avec des A différents - même symbole ex: 12H 13H - propriétés chimiques quasi-identiques puisque leur nombre d’électrons est le même

2 – Unité adaptée à la description de la matière à l’échelle macroscopique

2.1 – Unité de quantité de matière: la mole •  C’est la quantité de matière d’un système contenant autant d’entités élémentaires qu’il y a d’atomes dans 0,012kg de l’isotope du carbone 126C • Ces entités élémentaires peuvent être des ions, molécules, atomes, électrons… • Une mole représente 6,022045 1023 entités Nombre d’Avogadro NA= 6,022045 1023 entités/mole -> NA= 6,022045 1023 mol-1

2.2 - Masse atomique molaire d’un élément •  C’est la masse d’une mole de cet élément pris dans les conditions naturelles • On a alors un mélange d’isotopes dans des proportions qui restent constantes • Exemple 1: Masse molaire du carbone C: MC=12 g/mol (définition mole) 6,022045 1023 atomes de carbone soit une mole ont une masse totale de 12g • Exemple 2: Masse molaire de l’hydrogène H: MH=1 g/mol • 6,022045 1023 atomes d’hydrogène soit une mole ont une masse totale de 1g

…..Fin …..A vous de jouer… Mise en Application  TD 1

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