Transcript masse atomique relative A r

L ’ATOME
1
1 ) Les premiers modèles de l ’atome
1.1) La découverte des particules fondamentales
1.1.1 ) La découverte de l ’électron .
Rayons cathodiques
-
Fluorescence du verre
V
+
Cathode
Anode
Vers pompe à vide
Expérience de Jean Perrin (1870-1942)
2
Expérience de Joseph Thomson (1856-1940)
J. Thomson étudie la trajectoire des électrons dans un champ
magnétique et en déduit la valeur du rapport charge sur masse .
3
Expérience de Robert Millikan (1868-1953)
C
+
f
E
U
P
C’
-
f  qE
P  mg
4
Caractéristiques de l ’électron
masse : m = 9,110.10-31 kg, ou 0,00055 u *
charge : - e = - 1,602.10-19 C ( coulomb )
(*) 1 u ( unité de masse atomique) = 1/12 de la masse du nucléide
12
6
C
5
1.1.2 ) La découverte des noyaux et des nucléons
Expérience de Ernest Rutherford (1871-1937)
Feuille d ’or
Emetteur de particules a
Ecran fluorescent
6
Interprétation de l ’expérience de Rutherford (1871-1937)
7
1.1.3 ) La découverte du proton et du neutron
C ’est encore Rutherford qui en 1919 met en évidence l ’existence du proton en
« démolissant » des noyaux d ’azote .
Il place un petit morceau de substance radioactive ( polonium) dans une atmosphère
d ’azote . Les particules alpha émises par la substance radioactive sillonnent le gaz et
certaines atteignent des noyaux d ’azote .
En étudiant les atomes du gaz soumis à un champ magnétique , Rutherford montra que
des particules portant une charge positive, égale en valeur absolue à celle de
l ’électron, apparaissaient dans le gaz d ’azote . De plus leur masse était pratiquement
identique à celle de l ’atome d ’hydrogène .
4
2
He N H O
14
1
17
7
1
8
Expérience
Rutherford réalise à cette occasion la première transmutation d ’élément .
8
La découverte du neutron est une conséquence des réactions de transmutation,
analogues à celle décrite précédemment .
4
2
He N H O
14
1
17
7
1
8
En effet l ’atome d ’oxygène produit par cette réaction nucléaire n ’est pas identique à
l ’atome d ’oxygène naturel ?
L ’atome d ’oxygène naturel a une masse atomique de 16 alors que celui obtenu par la
réaction de Rutherford a une masse de 17 . Les deux noyaux ont la même charge mais
des masses différentes ( ce sont des isotopes ) . Les noyaux comportent autre chose
que des protons .
Ce nouveau constituant du noyau, le neutron, est mis en évidence en 1932 par James
Chadwick (1891-1974)
9
Les caractéristiques du proton et du neutron
C aractéristiqu es du proton et du n eu tron
P roton
N eu tron
m a sse
1,6724  10 kg
1,00727 u
1,6747  10 kg
1,00866 u
charge
1,60219  10
+ e
-2 7
-1 9
C
-2 7
0
10
1.2) Le modèle de Rutherford
1.2.1. Description
L ’atome se compose de :
un noyau , dans lequel est concentrée presque toute sa masse, et chargé positivement : le
noyau contient .
N neutrons
Z protons
Z?
Z+N?
numéro atomique
A : nombre de masse
Charge totale du noyau ?
+ Ze
des électrons, qui évoluent autour du noyau dans un espace très grand par rapport au
diamètre de ce noyau .
L ’atome étant électriquement neutre le noyau est entouré par ?
Z électrons
11
1.2.2. Conséquences
L ’élément : un élément est l ’ensemble des atomes ou ions ayant le même numéro
atomique Z ( même nombre de protons) .
Chaque élément possède un symbole : C, O, H
Le nucléide : un nucléide est l ’ensemble des atomes dont les noyaux contiennent le
le même nombre de protons et le même nombre de neutrons . Un nucléide est caractérisé
par le couple des valeurs de Z et N .
12
6
C
13
6
C
14
6
C
14
7
C
14
7
N
Les trois premiers atomes sont des nucléides du même élément : ce sont des isotopes.
On appelle isotopes d ’un élément , des nucléides qui ont le même nombre de protons
mais qui ont un nombre différent de neutrons .
12
masse atomique relative Ar :
Intérêt : il est beaucoup plus intéressant pour le chimiste de comparer entre elles les masses
des différents atomes que de connaître les masses réelles de ces mêmes atomes .
L ’élément carbone est un mélange de deux isotopes stables :
Le nucléide de
est l ’isotope
plus abondant
12 référence
de masse
atomiquelerelative
12,0000de l ’élément carbone c ’est à dire :
6
C
Il 13
lui a été de
attribué
masse relative
de 12,00000
ce qui revient à dire que l ’unité de
masseune
atomique
13,0030
C
masse
atomique (u.m.a. symbole u) représente le 1/12 de la masse d ’un atome
6
C
de carbone 12 .
Les abondances relatives de ces deux istopes, en nombre d ’atomes ,
sont respectivement de 98,89% et de 1,11%
valeur absolue de l ’u.m.a. : 1,66710-27 kg : elle est très légèrement inférieure à la masse
d ’un nucléon.
La masse atomique relative de l ’élément est donc une moyenne
12
6
pondérée des masses atomiques relatives des deux isotopes .
exemple : Ar (K) = 39,102 u .
Question : la classification périodique des éléments donne Ar (C) = 12,011 u !
Proposer une explication .
13
Nombre de masse A : nombre total de nucléons : Z+N
Masse atomique relative d ’un nucléide Ar
Masse atomique relative d ’un élément , moyenne pondérée des masses atomiques
relatives des isotopes stables de cet élément .
Masse molaire atomique d ’un nucléide qui est la masse d ’une mole d ’atomes
de ce nucléide exprimée en g.mol-1 .
La mole est l’unité de quantité de matière : c’est la quantité de matière qui contient
autant de particules qu’il y a d’atomes dans 12 g de carbone 12 : ce nombre de
particules est le nombre d ’Avogadro : NA = 6,0221023 mol-1 .
Numériquement , la masse molaire atomique d ’un nucléide est égale à sa masse
atomique relative
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L ’expérience de Rutherford de 1919 .
Il utilise un dispositif mis au point par Charles Wilson (1869-1922)
La partie essentielle de ce dispositif est une enceinte remplie d ’une atmosphère
sursaturée en vapeur d ’eau . Dans une telle atmosphère toute particule ionisée
constitue un centre de condensation . Une particule ionisée en mouvement laisse donc
une trace de fines gouttelettes d ’eau .
Retour
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L ’expérience de Chadwick de 1932 .
Il utilise aussi le dispositif mis au point par Charles Wilson (1869-1922)
L ’expérience de Chadwick consiste à bombarder des atomes de béryllium avec des
particules alpha . Il constate alors que la trajectoire de certains ions du gaz est déviée
par une particule qui ne laisse aucune trace .
C ’est donc que cette particule est électriquement neutre . L ’étude des déviations
observées montre que cette nouvelle particule ( le neutron ) a une masse proche de celle
du proton ( légèrement supérieure ) .
4
2
He Be C n
9
4
12
6
Retour
1
0
16