Structure de l'atome
Biologie fondamentale
10 min
🎯 Objectif
À la fin de cette leçon, vous serez capable de :
- Définir ce qu’est un atome.
- Identifier les différentes parties d’un atome.
- Expliquer le rôle des protons, neutrons et électrons.
- Décrire l’organisation du noyau et du nuage électronique.
- Comprendre pourquoi un atome est globalement neutre.
Tous les éléments chimiques sont constitués d’atomes.
L’atome représente la plus petite unité de matière capable de conserver les propriétés chimiques d’un élément.
Par exemple :
- un morceau de charbon est constitué d’atomes de carbone ;
- une bouteille d’oxygène contient des atomes d’oxygène ;
- une pièce de cuivre contient des atomes de cuivre.
Saviez-vous que les atomes qui composent votre corps sont presque entièrement constitués de vide ?
Même si les atomes sont extrêmement petits, ils possèdent tous la même organisation générale.
Ils sont constitués de deux grandes parties :
I. L’atome
Définition
Plus petite unité de matière conservant les propriétés chimiques d’un élément.
L’atome est l’unité fondamentale de la matière.
Toutes les substances qui nous entourent sont constituées d’atomes :
- eau ;
- air ;
- peau ;
- os ;
- ADN ;
- médicaments.
Taille d’un atome
Les atomes sont extrêmement petits.
À titre d’exemple :
- le diamètre d’un atome d’hydrogène est inférieur à 0,1 nanomètre ;
- environ 10 millions d’atomes alignés mesurent seulement 1 millimètre.
Il est donc impossible de voir un atome à l’œil nu.
Si une cellule était agrandie jusqu’à la taille d’une maison, un atome serait encore plus petit qu’un grain de sable.
II. Le noyau
Définition
Partie centrale de l’atome contenant les protons et les neutrons.
Le noyau est la région centrale de l’atome.
Bien qu’il soit extrêmement petit, il contient presque toute la masse de l’atome.
Le noyau contient :
- les protons ;
- les neutrons.
Ces deux particules sont regroupées sous le terme de nucléons
Caractéristiques du noyau
Le noyau :
est situé au centre de l’atome ;
est chargé positivement ;
contient presque toute la masse atomique ;
attire les électrons grâce aux forces électriques.
III. Le proton
Définition
Particule du noyau possédant une charge électrique positive.
Le proton est une particule située dans le noyau.
Il porte une charge électrique positive.
On le note :
p+
Rôle du proton
Le proton est extrêmement important car il détermine l’identité de l’élément.
Par exemple :
| Élément | Nombre de protons |
|---|---|
| Hydrogène | 1 |
| Carbone | 6 |
| Azote | 7 |
| Oxygène | 8 |
| Sodium | 11 |
Si un atome possède
6 protons → c’est du carbone ;
8 protons → c’est de l’oxygène ;
11 protons → c’est du sodium.
Le nombre de protons ne change jamais pour un élément donné.
Changer le nombre de neutrons crée un isotope.
Changer le nombre d’électrons crée un ion.
Changer le nombre de protons crée un élément totalement différent.
IV. Le neutron
Définition
Particule du noyau ne possédant aucune charge électrique.
Le neutron est une particule présente dans le noyau.
Contrairement au proton :
il ne possède aucune charge électrique ;
il est électriquement neutre.
On le note :
n°
Rôle du neutron
- augmentent la masse de l’atome ;
- participent à la stabilité du noyau ;
- limitent la répulsion entre les protons positifs.
Sans neutrons, de nombreux noyaux seraient instables.
Exemple
L’atome d’oxygène le plus fréquent contient :
8 protons ;
8 neutrons.
Oxygène
8 p+
8 n°
V. L’électron
Définition
Particule portant une charge électrique négative et gravitant autour du noyau.
L’électron est une particule située autour du noyau.
Il porte une charge négative.
On le note :
e-
Caractéristiques
Les électrons :
- sont environ 2 000 fois plus légers que les protons ;
- se déplacent autour du noyau ;
- participent aux réactions chimiques ;
- permettent la formation des liaisons chimiques.
Toutes les réactions chimiques de l’organisme concernent principalement les électrons.
Ils permettent :
la formation des molécules ;
les échanges énergétiques ;
les réactions métaboliques ;
la synthèse des protéines ;
la production d’ATP
Lorsque deux atomes s’assemblent pour former une molécule, ce ne sont pas les noyaux qui interagissent. Ce sont leurs électrons.
VI. Le nuage électronique
Définition
Zone entourant le noyau dans laquelle se déplacent les électrons.
Autour du noyau se trouve une vaste région occupée par les électrons.
Cette région est appelée nuage électronique.
Pourquoi parle-t-on de nuage ?
Pendant longtemps, on représentait les électrons comme de petites billes tournant autour du noyau.
En réalité, leur position exacte est impossible à connaître.
Les électrons occupent plutôt une zone de probabilité. Cette zone ressemble à un nuage diffus autour du noyau.
VII. Les couches électroniques
Les électrons sont répartis en couches autour du noyau.
Chaque couche possède une capacité maximale.
| Couche | Nombre maximal d’électrons |
|---|---|
| 1ère couche | 2 |
| 2ème couche | 8 |
| 3ème couche | 18 |
| 4ème couche | 32 |
Exemple :
Le carbone possède 6 protons et 6 électrons.
Répartition :
1ère couche : 2 e-
2ème couche : 4 e-
L’oxygène possède 8 protons et 8 électrons.
Répartition :
1ère couche : 2 e-
2ème couche : 6 e-
Le sodium possède : 11 protons et 11 électrons.
Répartition :
1ère couche : 2 e-
2ème couche : 8 e-
3ème couche : 1 e-
VIII. Neutralité électrique de l’atome
Dans un atome normal :
Nombre de protons = Nombre d’électrons
Les charges positives et négatives s’annulent.
L’atome est donc électriquement neutre.
Exemple
Atome de carbone :
6 protons (+) 6 électrons (-)
Charge totale = 0
IX. Les atomes de différents éléments
Tous les atomes possèdent :
des protons ;
des neutrons ;
des électrons.
Ce qui change d’un élément à l’autre est principalement :
le nombre de protons ;
le nombre d’électrons ;
le nombre de neutrons.
Tableau comparatif
| Élément | Protons | Électrons |
|---|---|---|
| Hydrogène | 1 | 1 |
| Carbone | 6 | 6 |
| Azote | 7 | 7 |
| Oxygène | 8 | 8 |
| Sodium | 11 | 11 |
| Potassium | 19 | 19 |
- L’atome est la plus petite unité de matière.
- Il est constitué d’un noyau et d’un nuage électronique.
- Le noyau contient les protons et les neutrons.
- Les protons sont chargés positivement.
- Les neutrons sont neutres.
- Les électrons sont chargés négativement.
- Les électrons occupent le nuage électronique autour du noyau.
- Le nombre de protons définit l’identité de l’élément.
- Les électrons sont responsables des réactions chimiques.
- Un atome est globalement neutre lorsque le nombre de protons est égal au nombre d’électrons.