A. Aperçu des éléments et des atomes
La différence entre les éléments et les atomes est souvent confuse dans les conversations courantes. Les deux termes décrivent la matière, des substances ayant une masse. Les différents éléments sont différents types de matière qui se distinguent par des propriétés physiques et chimiques différentes. De son côté, l’atome est l’unité fondamentale de la matière…, c’est-à-dire d’un élément.
Le nombre de protons chargés positivement et de neutrons neutres dans un noyau atomique représente la majeure partie de la masse d’un atome. Chaque électron chargé négativement qui gravite autour d’un noyau représente environ 1/2000e de la masse d’un proton ou d’un neutron. Ils n’ajoutent donc pas grand-chose à la masse d’un atome. Les électrons restent dans les orbites atomiques en raison des forces électromagnétiques, c’est-à-dire de leur attraction pour les noyaux chargés positivement. La taille (masse) du noyau et le nuage d’électrons qui l’entoure définissent la structure d’un atome. Et cette structure dicte les différentes propriétés des éléments.
Rappelons que les atomes sont chimiquement les plus stables lorsqu’ils sont électriquement non chargés, avec un nombre égal de protons et d’électrons. Les isotopes d’un même élément sont des atomes ayant le même nombre de protons et d’électrons, mais un nombre différent de neutrons. Par conséquent, les isotopes sont également chimiquement stables, mais ils peuvent ne pas être physiquement stables. Par exemple, l’isotope le plus abondant de l’hydrogène contient un proton, un électron et aucun neutron. Le noyau de l’isotope deutérium de l’hydrogène contient un neutron et celui du tritium contient deux neutrons. Les deux isotopes se retrouvent dans les molécules d’eau. Le deutérium est stable. En revanche, l’atome de tritium est radioactif, sujet à une désintégration nucléaire au fil du temps. Qu’ils soient physiquement stables ou non, tous les isotopes d’un élément partagent les mêmes propriétés chimiques et électromagnétiques et se comportent de la même façon dans les réactions chimiques.
Les forces électromagnétiques qui maintiennent les électrons en orbite autour de leur noyau permettent la formation de liaisons chimiques dans les molécules. Nous modélisons les atomes pour illustrer l’emplacement physique moyen des électrons (le modèle orbital) d’une part, et leurs niveaux d’énergie potentiels (le modèle de Bohr, ou modèle de coquille) d’autre part. Regardez les modèles pour l’hélium illustrés ci-dessous.
Plus de deux électrons se déplacent dans un espace défini comme une orbitale. En plus d’occuper différentes zones autour du noyau, les électrons existent à différents niveaux d’énergie, se déplaçant avec une énergie cinétique différente. Les électrons peuvent également absorber ou perdre de l’énergie, en sautant ou en tombant d’un niveau d’énergie à un autre.
Un numéro atomique unique (nombre de protons) et une masse atomique (généralement mesurée en Daltons, ou Da) caractérisent les différents éléments. Un symbole unique avec un numéro atomique en exposant et un numéro de masse atomique en indice définit chaque élément. Prenons l’exemple de l’isotope le plus courant du carbone (C). Son numéro atomique est 6 (le nombre de protons dans son noyau) et sa masse est 12 Da (6 protons et 6 neutrons à 1 Da chacun !). N’oubliez pas que la masse des électrons dans un atome de carbone (C) est négligeable !
Trouvez l’atome de C et regardez certains des autres atomes des éléments du tableau périodique partiel ci-dessous.
Ce tableau périodique partiel présente les éléments essentiels à toute vie en plus ou moins grande quantité, ainsi que certains qui peuvent également être essentiels chez l’homme.
122 Atomes et éléments
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