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Vidéo de la leçon: Numéros Atomiques et Nombres de Masse Chimie

Dans cette vidéo, nous allons découvrir le numéro atomique et le nombre de masse, et voir comment ceux-ci s’appliquent aux éléments, aux isotopes, aux atomes et aux ions.

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Transcription de la vidéo

Dans cette vidéo, nous allons découvrir le numéro atomique et le nombre de masse, et voir comment ils s’appliquent aux éléments, aux isotopes, aux atomes et aux ions.

Depuis qu’on a découvert l’existence des atomes, on a cherché à comprendre de quoi ils étaient faits. On sait maintenant que chaque atome ou ion simple a un noyau. Et dans ce noyau, il y a des protons, qui ont une charge positive, et des neutrons, qui sont neutres. Les protons et les neutrons sont connus sous le nom de nucléons, car ce sont des particules qu’on trouve normalement dans un noyau.

Autour du noyau, on trouve des électrons, sous la forme de nuage d’électrons. Les protons et les neutrons ont à peu près la même masse. Par contre, les électrons ont une masse beaucoup plus faible. Donc, la plus grande partie de la masse d’un atome ou d’un ion simple est due au noyau. Donc, cela mène à une question. Comment décrire les noyaux et les comparer les uns aux autres ?

Si on compte les protons dans un noyau, on obtient le numéro atomique de ce noyau. Par exemple, un noyau de carbone contient un, deux, trois, quatre, cinq, six protons. Donc, ce noyau et tous les noyaux de carbone ont un numéro atomique de six. Cela dit, le numéro atomique peut avoir des significations légèrement différentes selon de quoi on parle. Le plus simplement, le numéro atomique d’un noyau correspond au nombre de protons dans ce noyau. On peut par exemple utiliser cette définition dans la phrase suivante. Un noyau de carbone a un numéro atomique de six.

Mais qu’en est-il si on ne regarde pas directement le noyau ? Regardons un atome ou un ion. Si on parle du numéro atomique d’un atome ou d’un ion simple, alors le numéro atomique est le nombre de protons dans le noyau de cet atome ou de cet ion. Par conséquent, pour un atome de carbone, on peut dire qu’un atome de carbone a un numéro atomique de six.

Enfin, comment parle-t-on de numéro atomique si on a affaire à un isotope ou à un élément ? Le numéro atomique d’un élément ou isotope est simplement le nombre de protons dans le noyau de n’importe quel atome ou ion de cet élément ou isotope. Donc, on peut dire que l’élément carbone a un numéro atomique de six. Le numéro atomique est unique à chaque élément. D’une certaine manière, donner le numéro atomique d’un élément revient à donner le nom de l’élément.

Donc, en pratique, si vous connaissez l’élément, vous connaissez donc le numéro atomique car vous pouvez le rechercher dans le tableau périodique. Et par conséquent, vous connaissez le nombre de protons dans le noyau. Par exemple, si vous savez que vous avez affaire à l’élément carbone, ou que vous avez un numéro atomique de six, ou que vous avez six protons dans un noyau, alors vous pouvez identifier les autres parties du cercle.

Donc, jusqu’à présent, nous avons abordé les noyaux et le nombre de protons qu’ils contiennent. Mais ces noyaux contiennent aussi des neutrons. Comment pouvons-nous expliquer cela ? Pour presque tous les noyaux, les protons ne sont qu’une partie de l’histoire. Environ la moitié de la masse d’un atome de carbone est due aux neutrons. La masse de notre atome de carbone correspond environ la masse de six protons plus la masse de six neutrons. Les électrons n’ont pas assez de masse pour nous préoccuper pour le moment.

Si vous additionnez le nombre de protons et le nombre de neutrons dans un noyau, vous obtiendrez ce qu’on appelle le nombre de masse. Cet atome spécifique a six protons et six neutrons, il a donc un nombre de masse de 12. Il y a quelque chose d’un peu déroutant dans le nombre de masse. Ce n’est pas une masse. Ce n’est qu’un nombre, comme le nombre de chats et de chiens chez vous. Alors, cela amène à la question, pourquoi est-ce donc appelé le nombre de masse ?

Le nombre de masse est appelé nombre de masse parce qu’il est très proche de la masse atomique relative de cet atome ou ion. Le nombre de masse est généralement suffisant pour un calcul approximatif. De manière unique, pour ce type d’atome de carbone, le nombre de masse et la masse atomique relative sont identiques. Et la masse atomique moyenne de ce type d’atome de carbone est de 12 unités de masse atomique unifiées.

Mais voyons ce qui se passe si on a un neutron de plus dans notre atome de carbone. La première chose que nous remarquons sur notre balance magique, c’est que la masse de l’atome a augmenté d’environ une unité de masse atomique unifiée. C’est environ la masse de six protons plus la masse de sept neutrons. Mais nous avons toujours un atome de carbone car il y a six protons. Mais cette fois, nous avons un autre nombre de masse. Six plus sept égal 13.

Ainsi, la masse atomique relative de cet atome particulier est d’environ 13, et la masse atomique moyenne est d’environ 13 unités de masse atomique unifiées. Ces variantes du carbone sont ce qu’on appelle des isotopes du carbone. C’est pourquoi le nombre de masse est utile. Il nous permet de distinguer les isotopes du même élément. On utilise le nombre de masse dans le nom de l’isotope parce qu’il permet d’identifier l’isotope de manière unique.

Maintenant, regardons la définition du nombre de masse à chaque niveau. Le nombre de masse d’un noyau est simplement le nombre de protons plus le nombre de neutrons dans ce noyau. Par exemple, un noyau de carbone 12 a un nombre de masse de 12. Qu’en est-il des atomes et des ions simples ?

Le nombre de masse d’un atome ou d’un ion est le nombre de protons plus le nombre de neutrons dans le noyau de cet atome ou de cet ion. Par exemple, un atome de carbone 12 a un nombre de masse de 12. Enfin, nous devons réfléchir au nombre de masse dans le contexte des isotopes et des éléments. Le nombre de masse d’un isotope est le nombre de protons et de neutrons se trouvant dans tous les noyaux d’atomes ou d’ions de cet isotope. Par exemple, le carbone 12, isotope du carbone, a un nombre de masse de 12.

Vous devez être prudent lorsque vous utilisez les termes nombre de masse et élément car les nombres de masse s’appliquent aux isotopes d’un élément et pas forcément à l’élément lui-même. Les éléments peuvent avoir plus d’un isotope et, par conséquent, un élément n’a pas de nombre de masse distinct.

Maintenant, regardons le scénario le plus courant où vous trouverez le numéro atomique : le tableau périodique. Vous pouvez utiliser le tableau périodique pour trouver le numéro atomique de n’importe quel élément. Vous pouvez aussi l’utiliser pour estimer le nombre de masse de l’isotope le plus courant.

Regardons par exemple le carbone dans le tableau périodique. À l’intérieur de la case du carbone, vous pouvez voir deux nombres. Le nombre le plus petit est le numéro atomique. Le nombre le plus grand est la masse atomique moyenne sans les unités d’unités de masse atomique unifiées. La masse atomique moyenne est calculée sur la base de l’abondance des isotopes sur Terre. Il se trouve que la majeure partie du carbone sur Terre est du carbone 12. Donc, cela signifie que la masse atomique moyenne du carbone est assez proche de la masse de l’isotope le plus abondant.

Donc, nous aurions pu travailler en sens inverse et regarder la masse atomique moyenne et prédire que l’isotope le plus courant pour le carbone serait le carbone 12. Cependant, cela ne fonctionne pas pour tous les éléments. Par exemple, le brome est un élément qui se trouve dans le groupe 17 du tableau périodique. Et sa masse atomique moyenne est de 79,904 unités de masse atomique unifiées. Vous pourriez donc penser que l’isotope le plus abondant du brome sur Terre est le brome 80, qui aurait 35 protons et 45 neutrons dans son noyau.

Mais en fait, parmi les noyaux de brome sur Terre, il y a environ 50 pour cent de brome 79 et 50 pour cent de brome 81. Et donc, la masse atomique moyenne est d’environ 80 unités de masse atomique unifiées. Donc, gardez à l’esprit qu’on ne peut pas toujours trouver le nombre de masse de l’isotope le plus courant en utilisant la masse atomique moyenne.

La dernière chose que nous allons regarder, c’est comment représenter les atomes, les ions, les isotopes et les éléments en utilisant la notation des nucléides. Avec la notation des nucléides, on commence par le symbole de l’élément. On met le nombre de masse, s’il y en a un, en haut à gauche. Et si vous le souhaitez, vous pouvez mettre le numéro atomique en bas à gauche.

Alors imaginons que nous commençons avec un élément. Dans cet exemple, notre élément est le carbone. Nous recherchons le carbone dans le tableau périodique. Et nous voyons que le symbole de cet élément est C. Cela permet de démarrer la notation du nucléide pour notre élément. Si vous le souhaitez, vous pouvez inclure le numéro atomique de l’élément, six, en bas à gauche. Cependant, cela n’est pas nécessaire car on peut utiliser la lettre C pour rechercher le numéro atomique dans le tableau périodique. Mais que faire si nous avons un isotope particulier ?

Imaginons que nous ayons le carbone 12. Nous pouvons rechercher l’élément carbone dans le tableau périodique et obtenir le symbole et le numéro atomique de cet isotope. Et nous pouvons prendre le nombre de masse de cet isotope et le mettre en haut à gauche pour l’identifier de manière unique. Si vous voulez avoir le symbole pour un atome de l’élément, vous pouvez simplement utiliser le symbole de l’élément seul ou le symbole de l’élément avec le numéro atomique.

Si vous voulez être très clair, vous pouvez ajouter le nombre un avant le symbole, ce qui signifie un atome de carbone. Et vous pouvez faire la même chose avec un atome d’un isotope spécifique, avec ou sans le numéro atomique. Pour l’ion équivalent, il suffit d’ajouter la charge à l’endroit habituel, en haut à droite.

Après tout ça, je pense qu’il est temps de nous exercer un peu.

Le néon a un numéro atomique de 10. Combien y a-t-il de protons dans un atome de néon ?

Néon, c’est le nom d’un élément qui se trouve dans le tableau périodique des éléments. Il est dans le groupe 18, qu’on appelle aussi le groupe huit, et la période deux. Un atome est un noyau entouré d’un nuage d’électrons. À l’intérieur du noyau, on peut trouver des protons et des neutrons. Donc, si la question demande combien il y a de protons dans un atome de néon, on regarde à l’intérieur du noyau.

La question nous dit également que l’élément néon a un numéro atomique de 10. Nous pouvons le voir dans sa case du tableau périodique. L’autre nombre dans la case, 20,180, c’est la masse atomique du néon. Nous n’en avons pas besoin pour cette question. Le numéro atomique d’un élément est le nombre de protons qu’on peut trouver dans chaque atome ou ion simple de cet élément. Donc, tous les atomes ou ions de néon contiennent 10 protons dans leurs noyaux. Et nous pouvons même dire l’inverse et dire que tous les atomes ou ions avec 10 protons dans leurs noyaux sont du néon. Par conséquent, nous pouvons dire avec certitude que le nombre de protons dans un atome de néon est de 10.

La question suivante va nous appeler à utiliser à la fois le nombre de masse et le numéro atomique.

Un atome de calcium a un nombre de masse de 42 et un numéro atomique de 20. Combien y a-t-il de neutrons dans son noyau ?

Un atome est constitué d’un noyau entouré d’un nuage d’électrons. Dans le noyau, on peut trouver des protons et des neutrons. Et les électrons occupent le nuage d’électrons. Nous n’en aurons pas besoin pour cette question, mais il est important de se rappeler que les atomes sont neutres. Donc, ils ont le même nombre de protons positifs et d’électrons négatifs. La première question que nous devons maintenant nous poser est la suivante : qu’est-ce qu’on entend par atome de calcium ?

Le calcium est le nom d’un élément. Et on peut trouver des informations sur le calcium dans le tableau périodique des éléments. Vous remarquerez peut-être que le nombre dans la case du calcium est le même que le numéro atomique de l’atome de calcium. Le numéro atomique est simplement le nombre de protons dans un atome ou un ion d’un certain élément. Donc, la première chose que nous réalisons est que nous avons 20 protons dans notre atome de calcium. Et ce n’est pas important pour cette question, mais nous avons également 20 électrons.

L’autre information donnée dans la question, c’est que cet atome a un nombre de masse de 42. Le nombre de masse est le nombre de protons et de neutrons dans l’atome ou l’ion. Donc, cela nous dit que si nous prenons 20 et que nous ajoutons le nombre de neutrons, nous obtenons 42. Et cela est bien utile pour répondre à la question. Combien y a-t-il de neutrons dans le noyau de l’atome de calcium ? Le nombre de neutrons doit correspondre à 42 moins le nombre de protons qui est de 20. Donc, le nombre de neutrons dans un atome de calcium ayant un nombre de masse de 42 est 22.

Voyons maintenant les points clés. Le numéro atomique est le nombre de protons dans le noyau d’un atome ou ion d’un élément. Le nombre de masse est le nombre de protons et de neutrons dans le noyau d’un atome ou ion d’un isotope ou élément. Les éléments sont identifiés par leur numéro atomique, et les isotopes sont identifiés par leur numéro atomique et leur nombre de masse.

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