Toute substance est constituée d'atomes. Ceux-ci sont composés de trois particules fondamentales et de beaucoup de vide. La représentation symbolique d'un atome permet de déterminer sa composition. Le noyau est beaucoup plus petit que l'atome mais il concentre sa masse. La classification périodique des éléments regroupe tous les atomes et certaines de leurs caractéristiques.
La structure de l'atome
L'atome est la plus petite entité de matière. La représentation symbolique d'un atome, qui fait apparaître son numéro atomique \text{Z} et son nombre de nucléons \text{A}, permet de déterminer sa composition. La masse d'un atome est concentrée dans son noyau, même s'il est beaucoup plus petit que l'atome.
Les particules de l'atome
L'atome, entité constitutive de la matière, est composé de trois types de particules : les protons, les neutrons et les électrons.
Atomes
Les atomes sont les constituants fondamentaux de la matière, invisibles à l'œil nu.
Un clou en fer est composé d'atomes de fer.
L'atome est composé d'un noyau et d'électrons qui sont en mouvement autour.
Le noyau est constitué de particules appelées « nucléons ». Il existe deux sortes de nucléons :
- les protons, portant chacun une charge élémentaire positive (notée +\text{e}) ;
- les neutrons, ne portant pas de charge électrique.
Le noyau porte donc des charges électriques positives et les électrons portent, eux, une charge élémentaire négative (-\text{e}).
La représentation symbolique d'un atome
Le numéro atomique \text{Z}, le nombre de nucléons \text{A} et le symbole de l'élément chimique permettent d'écrire la représentation conventionnelle d'un atome.
Numéro atomique \text{Z}
Le numéro atomique \text{Z} d'un atome correspond au nombre de protons contenus dans son noyau.
Le noyau de l'atome d'aluminium possède 13 protons, le numéro atomique de l'aluminium est donc \text{Z} = 13 .
Le numéro atomique \text{Z} définit à quel élément chimique appartient un atome (et donc aussi son symbole).
Tous les atomes dont le numéro atomique est \text{Z}=13 appartiennent à l'élément chimique aluminium de symbole \ce{ Al} .
Nombre de nucléons
Le nombre de nucléons que contient le noyau d'un atome est noté \text{A}.
Le noyau de l'atome d'aluminium possède 13 protons et 14 neutrons, soit 27 nucléons. Le nombre de nucléons de l'aluminium est donc \text{A} = 27 .
Le nombre de nucléons \text{A} est parfois appelé « nombre de masse ».
L'écriture conventionnelle d'un atome est liée à sa composition et fait apparaître son numéro atomique \text{Z} et son nombre de nucléons \text{A}.
Le noyau de l'atome de fluor est composé de 9 protons et 10 neutrons, soit 19 nucléons. Sa représentation symbolique est donc \ce{_9^{19}F} .
La composition d'un atome
Donner la composition d'un atome, c'est indiquer de combien de protons, neutrons et électrons il est constitué.
Un atome est électriquement neutre, il contient donc autant d'électrons que de protons.
Un atome d'oxygène contient 8 protons, il contient donc aussi 8 électrons.
La représentation symbolique d'un atome permet de déterminer sa composition :
- le nombre de protons est égal au numéro atomique \text{Z} ;
- le nombre de neutrons est égal à la différence entre le nombre de nucléons et le nombre de protons : \text{A – Z} ;
- le nombre d'électrons est égal au nombre de protons, car un atome est neutre.
La représentation symbolique d'un atome d'aluminium \ce{Al^{27}_{13}} permet de déduire sa composition : 13 protons, 27-13=14 neutrons et 13 électrons.
Les comparaisons des tailles et des masses d'un atome et de son noyau
Bien que le noyau soit beaucoup plus petit que l'atome, il concentre sa masse.
L'atome et son noyau sont représentés comme des sphères, mais d'ordres de grandeur différents : celui de l'atome est 10^{-10} \text{ m} alors que celui du noyau est 10^{-15} \text{ m} : le noyau est donc environ 100 000 fois plus petit que l'atome. Entre le noyau et les électrons qui l'entourent, il n'y a rien : l'atome est donc essentiellement composé de vide.
Si un atome était de la taille d'un terrain de football, son noyau aurait la taille d'un puceron.
La masse des électrons étant négligeable devant celle des nucléons, la masse d'un atome est concentrée dans son noyau.
La classification périodique des éléments chimiques
L'ensemble des atomes est répertorié dans un tableau appelé « tableau périodique ».
Le tableau périodique des éléments regroupe tous les atomes. Chacune de ses cases correspond à un atome. On y trouve le nom et le symbole de l'atome ainsi que le numéro atomique qui le caractérise. Ainsi, à l'aide du tableau périodique, on peut donc retrouver le nom d'un atome à partir de son symbole ou de son numéro atomique et inversement.
À l'aide du tableau périodique, on repère que le symbole de l'azote est \ce{N} et que son numéro atomique est 7.