Voyage au cœur de l’atome

L'essentiel

La matière est faite de minuscules grains appelés atomes. Un atome est lui-même composé d'un noyau tout petit, placé au centre, autour duquel des électrons se déplacent. Le noyau contient des protons (chargés +) et des neutrons (sans charge) ; il est minuscule mais concentre presque toute la masse de l'atome.

Comme l'atome a autant d'électrons (chargés −) que de protons (chargés +), il est neutre. Entre le noyau et les électrons, il y a surtout du vide.

Comprendre

En 5e puis en 4e, tu as appris que la matière est faite de particules très petites, et qu'il s'agit d'atomes et de molécules. En 3e, on regarde à l'intérieur de l'atome pour décrire sa structure. Un atome est formé de deux parties.

Au centre se trouve le noyau : il rassemble des protons, qui portent une charge électrique positive, et des neutrons, qui n'ont pas de charge. Le noyau est extrêmement petit, mais il concentre presque toute la masse de l'atome, car protons et neutrons sont bien plus lourds que les électrons. Autour du noyau se déplacent les électrons, qui portent une charge électrique négative et qui sont très légers (environ 2000 fois plus légers qu'un proton).

Un atome est électriquement neutre : il contient exactement autant d'électrons (charges −) que de protons (charges +), si bien que les charges se compensent et que la charge totale est nulle. Enfin, les ordres de grandeur sont surprenants : un atome mesure environ 10⁻¹⁰ m (0,1 nm), tandis que son noyau est environ 100 000 fois plus petit. Entre le noyau et les électrons, il n'y a essentiellement que du vide.

Si l'on agrandissait un atome jusqu'à la taille d'un grand stade, le noyau ne serait qu'une petite bille au centre du terrain et les électrons circuleraient au niveau des tribunes : l'atome est donc presque entièrement vide, et sa masse est concentrée dans un noyau minuscule.

Le cours

L'atome est le constituant de base de la matière ; en 3e, on en décrit la structure interne. Un atome comprend un noyau central et des électrons. Le noyau est formé de deux sortes de particules : les protons, chargés positivement, et les neutrons, sans charge électrique.

Ce noyau est minuscule à l'échelle de l'atome, mais il concentre la quasi-totalité de la masse, parce que les protons et les neutrons sont beaucoup plus lourds que les électrons. Autour du noyau, les électrons, chargés négativement et très légers, sont en mouvement. L'atome est électriquement neutre : il possède autant d'électrons que de protons, de sorte que la somme des charges positives et négatives est nulle.

Les dimensions donnent la mesure du vide qui règne dans un atome : le diamètre d'un atome est de l'ordre de 10⁻¹⁰ m (un dixième de milliardième de mètre), alors que son noyau est environ cent mille fois plus petit. Entre le noyau et les électrons, l'espace est essentiellement vide. Une image utile : si l'atome avait la taille d'un stade, son noyau serait gros comme une bille placée au centre, et le reste ne serait que du vide parcouru par les électrons.

Retenir cette structure (noyau de protons et de neutrons, électrons autour, neutralité électrique, masse concentrée dans le noyau) est indispensable pour comprendre ensuite ce qu'est un ion.

Les erreurs fréquentes

Les électrons se trouvent dans le noyau, avec les protons et les neutrons.

Le noyau ne contient que les protons et les neutrons. Les électrons se déplacent autour du noyau, à grande distance à l'échelle de l'atome.

La masse de l'atome est répartie de façon égale entre le noyau et les électrons.

Presque toute la masse est concentrée dans le noyau : les électrons sont environ 2000 fois plus légers qu'un proton et comptent très peu dans la masse de l'atome.

Tu maîtrises la notion si…

• Décrire l'atome : un noyau central (protons et neutrons) entouré d'électrons en mouvement.
• Expliquer que l'atome est électriquement neutre car il possède autant d'électrons (charge −) que de protons (charge +).
• Situer les ordres de grandeur (atome ≈ 10⁻¹⁰ m, noyau environ 100 000 fois plus petit) et en déduire que l'atome est essentiellement vide, sa masse étant concentrée dans le noyau.

Vérifie que tu as compris

1. Où se trouve concentrée la quasi-totalité de la masse d'un atome ?

   Réponse Dans le noyau

   Le noyau (protons et neutrons) concentre presque toute la masse de l'atome ; les électrons, environ 2000 fois plus légers qu'un proton, comptent très peu.

2. Un atome possède 8 protons dans son noyau. Pour être électriquement neutre, combien d'électrons doit-il avoir ?

   Réponse 8

   L'atome est neutre car il possède autant d'électrons (charge −) que de protons (charge +) : 8 protons imposent 8 électrons.

3. De quoi le noyau d'un atome est-il constitué ?

   Réponse De protons et de neutrons

   Le noyau rassemble les protons (charge +) et les neutrons (sans charge). Les électrons (charge −), eux, se déplacent autour du noyau : ils ne sont pas à l'intérieur.