Le noyau

On sait depuis le début du XX^e siècle que le centre de l'atome est occupé par un noyau. La taille du noyau est de l'ordre de \(10^{-15}\ \text{m}\), celle de l'atome tout entier d'environ \(10^{-10}\ \text{m}\).

Le noyau est constitué de deux sortes de particules : les protons et les neutrons.

Le noyau d'un atome est caractérisé par deux nombres :

• Z, le numéro atomique : c'est le nombre de protons, donc le nombre de charges positives du noyau ;
• A, le nombre de nucléons (ou nombre de masse) : c'est le nombre total de particules du noyau, protons et neutrons.

On les écrit à gauche du symbole X de l'élément, A en haut et Z en bas :

Le noyau de l'atome de carbone \({}^{12}_{6}\mathrm{C}\) contient Z = 6 protons et A = 12 nucléons, donc \(A - Z = 12 - 6 = 6\) neutrons.

Les électrons

Le noyau est entouré de particules de charge électrique négative, toujours en mouvement : les électrons.

On peut se représenter l'atome comme un noyau entouré d'un nuage d'électrons en mouvement. Sauras-tu légender ce schéma ? Cherche d'abord, puis clique sur « Légender ». ✏️

Un atome est électriquement neutre

Le nombre de protons caractérise l'élément chimique : c'est son numéro atomique, noté Z. Tous les atomes de carbone ont 6 protons, tous les atomes d'oxygène en ont 8… Le tableau ci-dessous présente les 20 premiers éléments :

On en déduit la constitution d'un atome. Par exemple, pour l'atome de carbone :

• Z = 6 (le nombre en rouge) : 6 protons, donc 6 charges positives, et 6 électrons (l'atome est neutre) ;
• A = 12 nucléons, donc \(A - Z = 12 - 6 = 6\) neutrons.

Des assemblages d'atomes

Couleurs conventionnelles des modèles moléculaires : oxygène en rouge, hydrogène en blanc, carbone en noir.

Une bouteille d'eau minérale

Voici l'étiquette d'une bouteille d'eau minérale. Elle donne le nom, la formule et la masse des ions dissous dans un litre d'eau :

Qu'est-ce qu'un ion ?

• Un atome qui perd des électrons a plus de charges + que de charges − : il devient un ion positif, appelé cation.
• Un atome qui gagne des électrons a plus de charges − que de charges + : il devient un ion négatif, appelé anion.
• Le noyau ne change pas : l'ion a toujours le même nombre de protons que l'atome.

💡 Pour ne pas les confondre : anion, comme négatif.

La charge s'écrit en haut à droite du symbole : \(\mathrm{Na^{+}}\) (1 électron perdu), \(\mathrm{Mg^{2+}}\) (2 électrons perdus), \(\mathrm{Cl^{-}}\) (1 électron gagné), \(\mathrm{O^{2-}}\) (2 électrons gagnés). Un ion formé de plusieurs atomes, comme l'ion sulfate \(\mathrm{SO_4^{2-}}\), est dit polyatomique.

Présentation de quelques ions

Les formules des ions ne sont pas à connaître par cœur : il faut savoir les lire et retrouver la constitution de l'ion. Voici quelques ions courants.

D'où viennent les ions ?

Les ions proviennent le plus souvent de la dissolution de substances solides dans l'eau. Par exemple, quand on dissout du sel de cuisine (chlorure de sodium) dans l'eau, il se sépare en ions sodium \(\mathrm{Na^{+}}\) et en ions chlorure \(\mathrm{Cl^{-}}\), qui se dispersent dans l'eau.

Et dans l'eau minérale ? L'eau de pluie s'infiltre dans le sol et circule lentement, parfois pendant des années, à travers les roches. Elle en dissout une petite partie :

• le calcaire donne des ions calcium \(\mathrm{Ca^{2+}}\) et des ions bicarbonate \(\mathrm{HCO_3^{-}}\) ;
• le gypse donne des ions calcium \(\mathrm{Ca^{2+}}\) et des ions sulfate \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) ;
• la dolomie apporte des ions magnésium \(\mathrm{Mg^{2+}}\) ;
• des roches salées apportent des ions sodium \(\mathrm{Na^{+}}\) et chlorure \(\mathrm{Cl^{-}}\).

C'est pourquoi chaque eau minérale a une composition différente : elle dépend des roches que l'eau a traversées avant de sortir de la source.