Science et technologie s1110

Le modèle atomique simplifié

Le modèle atomique simplifié représente l'atome en indiquant le nombre de protons et de neutrons dans le noyau ainsi que le nombre d'électrons dans chacune des couches électroniques.

Le modèle atomique de Rutherford-Bohr a certaines limites puisqu'il ne permet pas d'expliquer pourquoi les charges positives du noyau ne se repoussent pas.

Or, en 1932, le physicien anglais James Chadwick découvre une particule neutre dans l’atome qu'il nomme neutron. Cette particule a approximativement la même masse que le proton. Elle permet de stabiliser le noyau de l’atome. 

Un atome qui n'a pas le bon nombre de neutrons devient instable et peut exploser, ce qui est à l’origine de la radioactivité.

La distribution des électrons (distribution électronique)

Les électrons circulent à l’intérieur de zones bien déterminées appelées couches électroniques.  La zone la plus près de l’atome pouvant contenir des électrons sera appelée la première couche électronique.  Ensuite, on trouvera les deuxième, troisième et quatrième couches électroniques ainsi que les suivantes.  Une couche électronique (ou niveau énergétique) peut contenir plus d’un électron.

Pour déterminer quel est le nombre maximal d'électrons que peut contenir une couche électronique, il faut utiliser la formule suivante:
|2 n^{2}|

|n| représente le numéro de la couche électronique.

Pour déterminer le nombre d'électrons sur la troisième couche électronique:
|2 \cdot 3^{2} = 18|

Pour distribuer les électrons, on doit respecter les quatre règles suivantes :

  • La première couche contient un maximum de deux électrons.
  • On doit complètement remplir les couches les plus près du noyau avant de passer aux couches suivantes.
  • Chaque couche, à l'exception de la première, doit contenir un maximum de huit électrons jusqu'au numéro atomique 20.
  • La dernière couche électronique ne doit jamais avoir plus de huit électrons.

Le carbone possède six électrons. Sa distribution électronique sera donc:
C :   2e-, 4e-
Le potassium possède 19 électrons. Sa distribution électronique sera donc:
K :   2e-, 8e-, 8e-, 1e- 

Le potassium (K) possède 8 électrons sur sa troisième couche électronique, alors que le maximum possible est 18.  Cependant, si on avait placé 9 électrons sur la dernière couche, la quatrième règle n'aurait pas été respectée, car la dernière couche électronique d’un atome ne doit jamais avoir plus de huit électrons.

C'est à partir de l'élément portant le numéro atomique 21 que les électrons continuent de compléter la troisième couche électronique tout en conservant le nombre d'électrons inférieur à 8 sur la dernière couche électronique.
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(cliquez sur l'image pour l'agrandir)

La représentation d'un atome à l'aide du modèle atomique simplifié

Pour représenter le modèle atomique simplifié, il faut représenter les trois particules subatomiques de l'atome à leur position respective et en respectant le nombre de chacune des particules.

  • Le nombre de protons est déterminé par le numéro atomique (Z) de l'atome à représenter.
  • Le nombre d'électrons, dans un atome neutre, est égal au nombre de protons. Il est donc également équivalent au numéro atomique.
  • Le nombre de neutrons est calculé en déterminant la différence entre le nombre de masse (A) et le numéro atomique (Z).

Pour représenter le modèle atomique simplifié du lithium:
Le numéro atomique du lithium est 3, ce qui signifie que le lithium possède trois protons et trois électrons.
Le nombre de neutrons est déterminé par la formule:
|Neutrons = Z - A = 7 - 3 = 4|. Il y aura 4 neutrons dans le noyau.
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Si l'atome possède beaucoup d'électrons, on peut utiliser la même technique, mais au lieu de dessiner chacun des atomes, on indique le nombre d'électrons que l'on trouve sur chacune des couches électroniques.

Pour représenter le modèle atomique simplifié du brome:
Le numéro atomique du brome est 35, ce qui signifie que le brome possède 35 protons et 35 électrons.
Le nombre de neutrons est déterminé par la formule:
|Neutrons = Z - A = 80 - 35 = 45|. Il y aura 45 neutrons dans le noyau.
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