programe-de-3eme - Chapitre 4: Les électrons et le noyau de l'atome

I Les constituants de l'atome

Un atome est toujours constitué de deux sortes de particules: des électrons et un noyau.

1) Le noyau

- La forme: le noyau possède une forme sphérique.
- Situation: il se situe au centre de l'atome.
- Taille: il est environ 100 000 fois plus petit que l'atome auquel il appartient ( la dimension d'un atome est de l'ordre de 10^-10 m tandis que celle d'un noyau est de 10^-15 m.
- Charge électrique: chaque noyau possède plusieurs charges électriques positive (à l'exception de l'atome d'hydrogène qui n'en a qu'une).
Des atomes différents possèdent des noyaux différents qui se caractérisent par leur nombre de charges positives.

2) Les électrons

- La taille: les électrons sont nettement plus petits que le noyau.
- Situation: Ils sont mobiles et tournent autour du noyau.
- Charge électrique: chaque électron possède une charge électrique négative.
Tous éélectrons sont identiques même s'ils appartiennent à des atomes différents.

II Neutralité électrique d'un atome

Tous les atomes sont électriquement neutres et possèdent donc le même nombre de charges positives et négatives.
Chaque électron portant une charge électrique négative il y a donc autant d'électrons dans un atome que de charges électriques positives dans son noyau.

Conséquence:
- Si l'on connait le nombre de charges positives dans un noyau on connaît aussi le nombre d'électrons.
- Si l'on connait le nombre d'électrons on connait aussi le nombre de charges positives dans le noyau.
- Si un composé porte une charge électrique globalement positive ou négative il ne s'agit pas d'un atome (il s'agit d'un ion).

III La formation des ions

1) Formation des ions à partir des atomes

Les atomes sont constitués d'électrons en mouvement autour d'un noyau. Lors de certains phénomènes (transformations chimiques, frottements mécaniques, exposition à des rayonnements) l'atome peut perdre un ou plusieurs électrons.
La perte d'électrons correspond également à une perte de charges négatives qui conduit à la formation d'un composé électriquement chargé: il s'agit d'un ions. Les électrons perdus par un atome ne peuvent subsister librement très longtemps et sont rapidement captés par un autre atome qui gagne des charges négatives et perd également sa neutralité électrique se transformant aussi en ion.

Un ion peut donc se former à partir d'un atome qui gagne ou perd un ou plusieurs électrons.

Remarques:
- De tels ions qui se forment à partir d'un seul atome sont dits monoatomiques.
- Le nombre d'électrons autour d'un noyau peut changer mais le noyau n'est lui jamais modifié et conserve son nombre de charges positives initial.

2) Formation d'un cation

Un cation étant un ion positif il se forme à partir d'un atome qui perd des électrons.
En effet, après une perte d'électrons, les charges négatives deviennent moins nombreuses que les charges positives.

Exemple: la formation de l'ion aluminium
L'atome d'aluminium est composé:
- de 13 électrons qui portent au total 13 charges négatives.
- de 13 charges positives dans son noyau.
Cet atome peut perdre 3 électrons pour se transformer en ion aluminium qui est alors composé:
- de 13 - 3 = 10 électrons qui portent au total 10 charges négatives.
- de 13 charges positives dans son noyau ( le noyau n'est pas affecté par la perte des électrons)
Si l'on compare les charges positives et négatives on remarque que l'ion aluminium possède 3 charges positives en excès par rapport aux charges négatives (13 charges + et 10 charges -).
Cette charge en excès (aussi appelée charge excédentaire) est notée en exposant (en haut à droite) dans la formule de l'ion aluminium : Al³⁺ .
3) Formation d'un anion

Un anion étant un ion négatif il se forme à partir d'un atome qui gagne des électrons.
En effet, après un gain d'électrons, les charges négatives deviennent plus nombreuses que les charges positives.

Exemple: la formation de l'ion Chlorure
L'atome de chlore est composé:
- de 17 électrons qui portent au total 17 charges négatives.
- de 17 charges positives dans son noyau.
Cet atome peut gagner un électron pour se transformer en ion chlorure qui est alors composé:
- de 17 + 1 = 18 électrons qui portent au total 18 charges négatives.
- de 17 charges positives dans son noyau.
Si l'on compare les charges positives et négatives on remarque que l'ion chlorure possède une charges négative en excès par rapport aux charges positives (17 charges + et 18 charges -).
La formule de l'ion chlorure est donc: Cl^- .

5) Les ions polyatomiques

Les ions peuvent également se former à partir d'ensembles de plusieurs atomes qui perdent ou gagnent un ou plusieurs électrons. Ces ions sont alors appelés des ions polyatomique ( poly = plusieurs et atomique dérive d'atome).
Exemples d'ions polyatomique:
- L'ion sulfate de formule SO₄^2-
- L'ion carbonate de formule CO₃^2-
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