STRUCTURE DE L ATOME EXERCICES DU MANUEL P Al

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1 EXERCICES CHIMIE SECONDE Exercice 14 p210 STRUCTURE DE L ATOME EXERCICES DU MANUEL P210 EX C B PAGE 1 SUR 5 On considère les atomes et ions suivants : Atome : 7 3 Li Ion Al 3+ : formé à parti de l atome de noyau Al Ion S 2 : formé à partir de l atome de noyau S Pour chacun d eux donner la composition du noyau et le nombre d électrons Pour l atome 7 Li : A =7 et Z = 3 3 Z= 3 cet atome possède 3 protons A= 7 cet atome possède 7 nucléons dont 3 protons et A-Z =7-3=4 neutrons S agissant de l atome à l état fondamental celui-ci est électriquement neutre il possède autant d électrons que de protons il possède donc 3 électrons Pour l ion Al3+ Z= 13 cet ion possède 13 protons A= 7 cet ion possède 27 nucléons dont 13 protons et A-Z = =14 neutrons L ion Al 3+ est un cation qui possède une charge globale +3e il lui manque donc 3 électrons par rapport à l atome 27 Al (neutre électriquement qui en compterait 13) 13 cet ion possède donc Z-3 = 13-3 =10 e - Exercice 15 p210 a) Le noyau d un atome de Zinc (Zn) contient 64 nucléons et sa charge électrique est égale à 4, C Donner la représentation symbolique que de l atome Donnée : Charge élémentaire e= 1, C Donnée 64 nucléons A= 64 Charge du noyau Qn = 4, C La charge du noyau est due aux protons elle est liée à Z Q n = Z q p q n =+e Q n = +Z e Z = Q n e Z = 4, , =30 (protons) La formule du noyau de Zinc considéré est don Zn

2 b) Le noyau d un atome de Nickel (Ni) contient 30 neutrons et sa charge électrique est égale à 4, C Donner la représentation symbolique de l atome du noyau de l atome de Nickel Donnée 30 neutrons Charge du noyau Qn = 4, C Il faut trouver le nombre de protons Z en premier lieu La charge du noyau est due aux protons elle est liée à Z Q n = Z q p q n =+e Q n = +Z e Z = Q n e Z = 4, , =28(protons) On peut alors déterminer le nombre de nucléons A si on désigne par N le nombre de neutrons A= N + Z A = 30+28=58 La représentation du noyau de l atome de Nickel est Ni Exercice 16 p210 On donne la mase d un atome de carbone m=2, g Quel est le nombre d atome connus dans une mine de crayon de masse M = 0,50 g (la mine de crayon est supposée en carbone pur) Données : m atome =2, g Masse de la mine M= 0,50g nombre d atomes contenu dans la mine de crayon N? A.N M m atome 0,50 2, , atomes Exercice 17 p210 Un bouton de jeans de masse 4,27g contient 4, atomes. En déduire la masse d un atome de cuivre? Conclure Données : Masse de cuivre dans le bouton M= 4,27 g Nombre d atomes de cuivre dans le bouton N= 4, atomes Masse d un atome de cuivre m atome =? M m atome m atome = M N A.N. m atome = Exercice 17 p210 4,27 4, =1, g

3 a) Donner la représentation d un noyau d hydrogène H et d un noyau d Uranium U sachant que le premier n est constitué que d un proton et que le second comporte 92 protons et 143 neutrons b) Calculer la masse m H d un atome d hydrogène et la masse m U d un atome d uranium c) Comparer les masses des deux atomes considérés Données : m p = 1, kg m n = 1, kg a) Données : le noyau de H ne renferme qu un proton et pas de neutrons 1 protons Z= 1 0 neutrons A= N+ Z (N est le nombre de neutrons) donc A= 0+1 = 1 La représentation du noyau de l atome d hydrogène est donc 1 1 H Le noyau de l atome d uranium renferme 92 protons et 143 neutrons 92 protons Z= neutrons A= =235 La représentation de l atome d uranium est : U b) Calcul de la masse d un atome (dans cet exercice on tient compte de la très légère différence de masse entre les protons et les nucléons - noyau de l atome d hydrogène 1 1 H Puisqu on ne donne pas la masse des électrons on négligera leur masse D où m H = masse des protons + masse des neutrons m H =Z.m p + (A-Z) m n m H = 1 1, (1-1) 1, =3, kg m H = 1, kg - noyau de l atome d uranium U m H = masse des protons + masse des neutrons m U =Z.m p + (A-Z) m n m U = 92 1, (235-92) 1, m U = 92 1, , m U = kg - comparaison des masses des deux atomes On fait le rapport m U = 393, m H 1, =235.0 La masse de l uranium U est 235 fois plus grande que celle de 1 1 H Le nombre A de nucléons est en rapport avec la masse du noyau de l atome on le désigne parfois sous le nom de nombre de masse Exercice 19 p 210 Calculer la masse d un atome de brome dont le noyau est représenté par 79 Br et la masse de l ion bromure Br 35 correspondant. Données : m p = 1, kg m n = 1, kg

4 La masse des (Z) électrons n étant pas donnée on les négligera donc. m Br = Z m p + (A-Z) m n m Br = 35 1, (79-35) 1, m Br = 35 1, , m Br = 35 1, , = 132, kg m Br = 1, kg La masse de l ion Br diffère peu de l atome car il provient d un atome ayant gagné un électron supplémentaire m Br = m Br Remarque si on voulait faire un calcul plus précis en tenant compte de la très faible contribution des électrons à la masse de l atome ou de l ion il faudrait appliquer les relations suivantes m Br = Z m p + (A-Z) m n + Z m e et pour l ion m Br = Z m p + (A-Z) m n + (Z+1) m e Exercice 20 p210 Un boulon en fer a une masse de 2,6g. Calculer le nombre d atomes de fer qu il contient connaissant Le nombre de nucléons A= 56 La masse d un nucléon m p =m n =1, kg Dans cet exercice on néglige la très légère différence de masse entre les protons et les nucléons et également la masse des électrons (ce qui est le cas le plus souvent car la masse de l atome est "concentrée dans le noyau") Données On ne pourra trouver le nombre d atomes que si on est en mesure dans un premier temps de déterminer la masse d un atome de fer m Fe Masse du boulon M=2,6 g = 2, kg Nombre de nucléons A=56 Masse d un nucléon m=1, kg La masse de l atome de fer est due principalement aux nucléons donc : m Fe = A m A.N. m Fe =56 1, m Fe =9, kg Le nombre d atomes. N contenus dans le boulon M m Fe N= 2, , = 0, soit N= 2, , = 2, atomes (2,8 dix mille milliard de milliard d atomes) Exercice 21 p210 Le noyau d un atome de cuivre est représenté par Cu a) quelle est la composition de son noyau? b) calculer la masse de ce noyau c) calculer la masse de l atome de cuivre en faisant la même hypothèse que dans le cours

5 d) quel est la valeur de l approximation effectuée à la question précédente a) Données Cu A= 63 le noyau de cet atome possède 63 nucléons Z=29 le noyau de cet atome possède 29 protons Il se trouve donc A-Z = 63-29=34 neutrons Puisqu il s agit de l atome il est électriquement neutre il possède autant d électrons qui gravitent autour du noyau que de protons dans celui-ci soit 29 électrons = Z b) Masse du noyau m Cu m = A. m n (on considère que le proton et le neutron ont la même masse) m Cu = 63 1, kg m Cu = kg = 1, kg c) Masse de l atome de cuivre M Cu On admet que la masse de l atome est due essentiellement aux nucléons on dit aussi que la masse d un atome est concentrée dans son noyau M Cu A m n =m Cu M Cu = 63 1, = kg= 1, kg d) Valeur de l approximation Dans le calcul précédent on a négligé la masse des électrons M e qui sont au nombre de 29 Pour estimer l erreur commise on la rapporte à la masse de l atome M e = Z m e = 29 9, =2, kg L erreur relative commise exprimée en pourcentage est donnée par M e 100 = 2, M Cu 1, =2, % =0,025% Ainsi lorsqu on néglige la masse des électrons dans le calcul de la masse d un atome on commet une erreur acceptable