Comment calculer la masse d'un atome ?

Réponse :

À partir d’un exercice corrigé étudiant l’atome de phosphore, ton e-prof de soutien scolaire en ligne te propose d’expliquer les définitions des nombres « A » et « Z ».


Ce cours de physique niveau lycée explique la masse de l'atome à l'aide de la classification périodique de Mendeleïev.


Énoncé de l'exercice de physique sur l’atome de phosphore P

exercice corrigé de physique sur l'atome de phosphore P

Les caractéristiques de l’atome de phosphore sont A = 31 et Z = 15.


Questions


1) Déterminer la composition de l’atome de phosphore

2) Calculer la masse du noyau de cet atome sachant que la masse d’un nucléon (proton ou neutron) est mnucléon = 1,67.10-27 kg

3) Calculer la masse de son nuage électronique sachant que la masse d’un électron est mélectron = 9,11.10-31 kg

4) Calculer le rapport de la masse du noyau sur la masse de son nuage électronique

5) Quelle conclusion peut-on en tirer ?

6) Déterminer alors sans calcul la masse de l’atome de phosphore



Classification périodique de Dmitri Mendeleïev


La classification périodique établie par le russe Dmitri Mendeleïev regroupe tous les éléments chimiques :

Classification périodique de Dmitri Mendeleïev



Ceux-ci sont classés en colonnes et en lignes par ordre de « numéro atomique Z » croissant et de telle manière que les éléments figurant dans une même colonne présentent des propriétés chimiques semblables.

Les nombres A et Z permettent de quantifier le nombre de chacune des particules constituant l’atome :


Nombre de charge et nombre de nucléon


Z est aussi appelé « nombre de charge » car il permet de connaitre le nombre de protons (charges positives) mais aussi le nombre d’électrons (charges négatives). Un atome est neutre électriquement ; il y a donc autant de charges protons que d’électrons.

A est appelé « nombre de nucléons » c’est-à-dire le nombre de particules dans le noyau. Le noyau d’un atome est constitué de protons et de neutrons.

En résumé, il y a :

  • Z protons,
  • Z électrons,
  • A – Z neutrons.Nombre de charge et nombre de nucléon


Réponses et corrigé de l'exercice


1) L’atome de phosphore contient : Z = 15 protons, Z = 15 électrons et A – Z = 31 – 15 = 16 neutrons

2) Le noyau de phosphore contient A = 31 nucléons (15 protons et 16 neutrons). Il a donc pour masse :

mnoyau = 31 x mnucléon = 31 x 1,67.10-27 = 5,18.10-26 kg

3) Le nuage électronique comporte 15 électrons. Il a donc pour masse :

mnuage électronique = 15 x mélectron =  15 x 9,11.10-31 = 1,37.10-29 kg

4) Le rapport de la masse du noyau sur la masse de son nuage électronique est :

rapport de la masse du noyau sur la masse de son nuage électronique

 

5) On en conclut que le noyau est 3800 fois plus lourd que le nuage électronique. La masse du nuage électronique est négligeable devant la masse du noyau. On peut considérer que la masse d’un atome est égale à la masse de son noyau

6) La masse de l’atome de phosphore est obtenue sans calcul car égale à la masse de son noyau calculée dans la question 2.

matome = mnoyau = 5,18.10-26 kg


En résumé :

Le nombre A nous informe aussi du "nombre de masse" car il suffit de multiplier ce nombre par la masse d’un nucléon pour obtenir la masse d’un atome

matome = mnoyau = A x mnucléon



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