Le modèle de l’atome exercices corrigés

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Exercice 1 : Structure de l’atome de chlore

Le chlore a pour numéro atomique Z = 17 et pour nombre de masse A = 35.

  1. Quel est le nombre de protons dans le noyau de cet atome ?
  2. Quel est le nombre d’électrons de cet atome ? Justifiez votre réponse.
  3. Calculez le nombre de neutrons dans le noyau.
  4. Donnez la représentation symbolique du noyau de cet atome.
  5. Établissez la structure électronique de l’atome de chlore.
  6. Calculez la masse approximative de cet atome (on négligera la masse des électrons).

Résumé des formules importantes

Nombre de neutrons

N = A – Z

Masse de l’atome

m ≈ Z·mp + N·mn

Capacité des couches

K=2, L=8, M=8 électrons

Exercice 2  : Ions et isotopes

On considère l’atome de sodium (Na) de numéro atomique Z = 11 et de nombre de masse A = 23.

  1. Donnez la composition (protons, neutrons, électrons) de l’atome de sodium.
  2. Établissez la structure électronique de cet atome.
  3. L’atome de sodium perd un électron pour former l’ion sodium Na+. Donnez la structure électronique de cet ion.
  4. Le sodium possède un isotope de nombre de masse A = 22. Donnez la composition de cet isotope.
  5. Comparez les propriétés chimiques de l’atome de sodium et de son isotope.
  6. Calculez la différence de masse entre les deux isotopes (en kg).

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Exercice 3 :

Le noyau d’un atome porte une charge de \( 6,4.10^{-19}C \). La masse de cet atome est de
\( 1,494.10^{-26} \, Kg \).

  1. Quel est son numéro atomique ?
  2. Combien de nucléons comporte-t-il ?
  3. Donner la formule électronique de cet atome.
  4. Dans quelle période et dans quelle colonne du tableau de classification périodique se trouve-t-il ? Justifier votre réponse
  5. Identifier et donner le nom de famille de cet atome.

On donne :

\[m_p = m_n = 1,66.10^{-27} \, kg ; \, e = 1,6.10^{-19}C\]

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Exercice 4 :

Un atome de carbone a pour numéro atomique 6 et pour nombre de nucléons 12.

  1. Combien a-t-il de protons ?
  2. Combien a-t-il de neutrons ?
  3. Combien a-t-il d’électrons ? Donner sa formule électronique.
  4. Quelle est la masse du noyau, et de l’atome entier ?

Données :

\[m_e = 9,109 \, 39.10^{-31} \, kg\]

\[m_p = 1,672 \, 62.10^{-27} \, kg\]

\[m_n = 1,674 \, 93.10^{-27} \, kg\]

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Exercice 5 :

Un atome de carbone 12 est constitué d’un noyau comportant 12 nucléons et de 6 électrons.

  1. Combien y-t-il de nucléons de chaque type dans le noyau d’un atome de carbone 12 ?
  2. La masse d’un nucléon est mn = 1,67.10-27 kg.
    1. Quelle est la masse des nucléons dans le noyau d’un atome de carbone 12 ?
    2. Calculer la masse des nucléons formant une mole de noyaux de carbone 12 (on rappelle la valeur de la constante d’Avogadro : NA = 6,02.1023 mol-1).
  3. Combien y-a-il d’électrons dans une mole d’atomes de carbone 12 ? Quelle masse cela représente-t-il, la masse d’un électron étant me = 9.10-31 kg.
  4. La masse des électrons d’une mole d’atomes est-il négligeable devant la masse d’une mole de noyaux d’atomes de carbone 12 ? Justifier votre réponse.
  5. En déduire la masse d’une mole d’atome de carbone 12 en utilisant 3 chiffres significatifs.

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Exercice 6

Le noyau de l’atome d’hydrogène est assimilé à une sphère de rayon R = 10-15 m. La masse du noyau est m = 1,67.10-27 kg.

Quelle est la masse volumique du noyau de cet atome ?

On donne :

Volume d’une sphère : V = 4⁄3πR3

Exercice 7 :

La quantité de matière (mol) contenue dans un petit cube d’aluminium de côté a, est égale à 0,8 mol.
La masse volumique de ce métal est 2700 kg·m-3. M(Al) = 27 g·mol-1

Calculer la masse, puis le volume et enfin le côté du cube.

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Exercice 8:

Un atome inconnu possède 12 neutrons et deux électrons sur sa couche externe M.

  1. Déterminer la configuration électronique de cet atome.
  2. Déterminer le numéro atomique Z de cet atome.
  3. Déterminer la charge électrique du noyau.
  4. Donner la représentation symbolique de cet atome sachant que son symbole chimique est Mg.
  5. L’ion formé par cet atome résulte de la perte de deux électrons de la couche externe.
    Donner la structure électronique de cet ion.
  6. Déterminer la charge électrique portée par cet ion. S’agit-il d’un cation ou d’un anion ?
  7. Ecrire la formule chimique de cet ion.

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Exercice 9:

On donne la structure électronique d’un atome isolé : (K)²(L)⁸(M)⁵

  1. Déterminer, en le justifiant, son numéro atomique Z.
  2. En déduire la charge de son noyau.
  3. Sachant que sa masse est m = 5,18 × 10⁻²⁶ kg. Déterminer son nombre de nucléons A.
  4. Retrouver le nom de cet atome et donner sa représentation symbolique. (14,5; 15,9; 16,5)
  5. Déterminer la couche externe. Est-ce que la couche externe saturée ou non ?
    Combien d’électrons de valence ?

Données :

mp = 1,673 × 10⁻²⁷ kg ; mn = 1,675 × 10⁻²⁷ kg

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Exercice 10:

Partie 1 : On considère les atomes suivants caractérisé par le couple (Z, A) :

(7,14) ; (4,9) ; (16,31) ; (8,16) ; (7,15) ; (8,17) ; (16,32) ; (8,18)

  1. Donner la signification de A et Z.
  2. Combien d’éléments chimiques sont représentés ? Donner leurs noms.
  3. Représenter les différents noyaux de ces éléments.
  4. Indiquer les noyaux isotopes du même élément chimique après avoir donné la définition du mot isotope.

Partie 2 : Un atome X dont le noyau contient 14 neutrons a une charge totale égale à 2,08.10-18 C.

  1. Quel est son numéro atomique et son nombre de masse.
  2. Combien d’électrons cet atome a-t-il ? Justifier.
  3. Donner sa place dans le tableau de la classification périodique puis son schéma de Lewis.
  4. Quel ion cet atome a tendance à donner ?

Partie 3 : Le métal X a une masse volumique égale à 2,7.103 kg/m3.

Combien d’atomes peuvent contenir un dé cubique de 1 cm de côté de métal X?

Données :

La charge élémentaire e = 1,6.10-19 C.

La masse d’un proton est sensiblement égale à celle du neutron mp ≈ mn = 1,67.10-27 kg.

N.B : la masse des électrons est supposée négligeable devant celles des protons et des neutrons.

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Exercice 11 :  (Uranium 238)

Le rayon d’un noyau d’Uranium 238 vaut RU = 7,4 fm.
La masse de ce noyau est de mU = 3,97.10-25 kg.

  1. Calculer le volume du noyau en m3.
  2. Calculer la masse volumique de ce noyau en kg/m3.
  3. La terre a une masse de 5,97.1024 kg et un rayon de 6370 km.
    Quel serait son volume si sa masse volumique était la même que celle du noyau d’Uranium 238.
  4. Quel serait alors son rayon ?

Données :

Rayon d’une sphère de volume V : R = ³√(3V/4π)
1 fm = 1 femtomètre = 10-15 m

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