Notes de Cours Complètes : Structure de l'Atome et Tableau Périodique

Composition globale de l'atome :
- Un atome présente une structure principalement lacunaire, constituée en majeure partie de vide.
- Il comprend un noyau central dense autour duquel gravitent des électrons.
Les trois particules subatomiques :
- Électron :
  - Emplacement : En mouvement constant dans le nuage électronique autour du noyau.
  - Charge électrique : Chargé négativement.
- Proton :
  - Emplacement : Situé à l'intérieur du noyau atomique.
  - Charge électrique : Chargé positivement.
- Neutron :
  - Emplacement : Situé à l'intérieur du noyau atomique.
  - Charge électrique : Électriquement neutre (charge nulle).
Définition des nucléons :
- Les protons et les neutrons sont désignés sous le nom collectif de nucléons, car ils constituent ensemble le noyau de l'atome.
Principe de neutralité électrique de l'atome :
- Un atome à l'état fondamental est électriquement neutre.
- Pour garantir cette neutralité, le noyau et le nuage électronique contiennent un nombre strictement égal de charges positives (protons) et de charges négatives (électrons).

Notation symbolique d'un noyau atomique :
- La représentation conventionnelle s'écrit sous la forme $\text{}^{A}_{Z}\text{X}$ .
  - $\text{X}$ : Symbole chimique de l'élément (ex. $\text{H}$ , $\text{Li}$ , $\text{C}$ , $\text{U}$ ).
  - $Z$ : Numéro atomique, représentant le nombre de protons dans le noyau. Pour un atome neutre, $Z$ équivaut également au nombre d'électrons.
  - $A$ : Nombre de masse, représentant le nombre total de nucléons (protons $+$ neutrons).
  - $N$ : Nombre de neutrons contenus dans le noyau.
Relations mathématiques fondamentales :
- Relation de définition du nombre de masse : $A = N + Z$
- Équivalence de somme : $N + Z = A$
- Formule de déduction du nombre de neutrons : $N = A - Z$

Atome de Lithium ( $\text{Li}$ ) :
- Symbole : $\text{Li}$
- Numéro atomique : $Z = 3$
- Nombre de masse : $A = 7$
- Nombre de protons : $Z = 3$
- Nombre d'électrons : $3$ électrons en mouvement autour du noyau (assurant la neutralité avec les $3$ protons positives).
- Nombre de neutrons : $N = A - Z = 7 - 3 = 4$
Atome de Carbone ( $\text{C}$ ) :
- Notation : $\text{}^{12}_{6}\text{C}$
- Nombre de masse : $A = 12$ nucléons.
- Numéro atomique : $Z = 6$ protons.
- Nombre d'électrons : $6$ électrons.
- Nombre de neutrons : $N = A - Z = 12 - 6 = 6$
Atome d'Uranium ( $\text{U}$ ) :
- Notation : $\text{}^{235}_{92}\text{U}$
- Nombre de masse : $A = 235$ nucléons.
- Numéro atomique : $Z = 92$ protons.
- Nombre de neutrons : $N = A - Z = 235 - 92 = 143$
- Nombre d'électrons : $92$ électrons.
Exception de l'Atome d'Hydrogène ( $\text{H}$ ) :
- L'atome d'hydrogène est une exception unique car il ne comporte que deux particules au total.
- Particules présentes : $1$ proton et $1$ électron.
- Absence de neutrons : Il ne comporte aucun neutron ( $N = 0$ ).
- Neutralité électrique : Obtenue par l'égalité exacte en valeur absolue entre la charge positive de son unique proton et la charge négative de son unique électron.

Informations contenues dans chaque case du tableau périodique :
- Le symbole chimique de l'élément.
- Le numéro atomique $Z$ (nombre de protons et d'électrons).
- Le nombre de masse $A$ (nombre de nucléons).
Liste des 18 premiers éléments et leurs valeurs caractéristiques :
- Hydrogène : $\text{H}$ , $Z = 1$
- Hélium : $\text{}^{4}_{2}\text{He}$ , $Z = 2$ , $A = 4$
- Lithium : $\text{}^{7}_{3}\text{Li}$ , $Z = 3$ , $A = 7$
- Béryllium : $\text{}^{9}_{4}\text{Be}$ , $Z = 4$ , $A = 9$
- Bore : $\text{}^{11}_{5}\text{B}$ , $Z = 5$ , $A = 11$
- Carbone : $\text{}^{12}_{6}\text{C}$ , $Z = 6$ , $A = 12$
- Azote : $\text{}^{14}_{7}\text{N}$ , $Z = 7$ , $A = 14$
- Oxygène : $\text{}^{16}_{8}\text{O}$ , $Z = 8$ , $A = 16$
- Fluor : $\text{}^{19}_{9}\text{F}$ , $Z = 9$ , $A = 19$
- Néon : $\text{}^{20}_{10}\text{Ne}$ , $Z = 10$ , $A = 20$
- Sodium : $\text{}^{23}_{11}\text{Na}$ , $Z = 11$ , $A = 23$
- Magnésium : $\text{}^{24}_{12}\text{Mg}$ , $Z = 12$ , $A = 24$
- Aluminium : $\text{}^{27}_{13}\text{Al}$ , $Z = 13$ , $A = 27$
- Silicium : $\text{}^{28}_{14}\text{Si}$ , $Z = 14$ , $A = 28$
- Phosphore : $\text{}^{31}_{15}\text{P}$ , $Z = 15$ , $A = 31$
- Soufre : $\text{}^{32}_{16}\text{S}$ , $Z = 16$ , $A = 32$
- Chlore : $\text{Cl}$ , $Z = 17$
- Argon : $\text{}^{40}_{18}\text{Ar}$ , $Z = 18$ , $A = 40$

Identification par le numéro atomique :
- Problème : Déterminer le nom de l'atome dont le numéro atomique est $Z = 16$ .
- Résolution : Le numéro atomique $Z = 16$ (chiffre du bas) désigne le Soufre ( $\text{S}$ ).
Identification du symbole par le nombre de protons :
- Problème : Identifier le symbole de l'atome dont le noyau contient $12$ protons.
- Résolution : Contenir $12$ protons signifie $Z = 12$ , ce qui correspond au Magnésium, dont le symbole est $\text{Mg}$ .
Déduction du nombre d'électrons :
- Problème : Trouver le nombre d'électrons d'un atome ayant un numéro atomique $Z = 11$ .
- Résolution : Du fait de la neutralité électrique de l'atome, le nombre d'électrons est égal au nombre de protons $Z$ . L'atome (Sodium, $\text{Na}$ ) possède donc $11$ électrons.
Identification d'éléments par la ligne et le nombre de neutrons :
- Problème : Identifier les atomes situés sur la $2^{\text{e}}$ ligne du tableau périodique qui possèdent $6$ neutrons dans leur noyau.
- Analyse du Carbone : Situé sur la $2^{\text{e}}$ ligne, $Z = 6$ , $A = 12$ . Son nombre de neutrons est $N = A - Z = 12 - 6 = 6$
- Analyse du Bore : Situé sur la $2^{\text{e}}$ ligne, $Z = 5$ , $A = 11$ . Son nombre de neutrons est $N = A - Z = 11 - 5 = 6$
- Conclusion : Les atomes répondant à ces critères sont le Carbone ( $\text{C}$ ) et le Bore ( $\text{B}$ ).