Le modèle de l'atome et la configuration électronique — exercices corrigés

Quel est l'ordre de grandeur du rayon d'un atome ?

Quel est l'ordre de grandeur du rayon du noyau d'un atome ?

Salma affirme que l'atome est essentiellement constitué de vide. A-t-elle raison ?

Où se concentre l'essentiel de la masse d'un atome ?

Quelle est la charge électrique d'un proton ?

Le neutron porte une charge électrique nulle. Vrai ou faux ?

Que désigne le numéro atomique $Z$ d'un atome ?

Que désigne le nombre de masse $A$ d'un atome ?

Comment appelle-t-on collectivement les protons et les neutrons d'un noyau ?

Quelle relation donne le nombre de neutrons $N$ d'un noyau ?

Combien de neutrons compte le noyau de sodium ${}_{11}^{23}\text{Na}$ ?

Un atome neutre a pour numéro atomique $Z=17$. Combien d'électrons possède-t-il ?

Combien de protons contient le noyau d'aluminium ${}_{13}^{27}\text{Al}$ ?

Le noyau d'un atome est toujours chargé positivement. Vrai ou faux ?

Qu'est-ce qui définit un élément chimique ?

Deux atomes isotopes ont en commun…

Quel est le nombre maximal d'électrons que peut contenir la couche $\text{K}$ ?

Quelle est la configuration électronique de l'atome d'hydrogène ($Z=1$) ?

Que sont les électrons de valence d'un atome ?

Karim affirme que les gaz nobles sont chimiquement très stables parce que leur couche externe est pleine. A-t-il raison ?

Le rayon d'un atome vaut environ ${10}^{-10}\text{ m}$ et celui de son noyau environ ${10}^{-15}\text{ m}$.

Par quel facteur l'atome est-il plus grand que son noyau ?

Quelle est la configuration électronique de l'atome de chlore ($Z=17$) ?

Quelle est la configuration électronique de l'atome de magnésium ($Z=12$) ?

La configuration électronique du chlore est ${\text{K}}^2{\text{L}}^8{\text{M}}^7$. Combien d'électrons de valence possède-t-il ?

Karim affirme que ${}_6^{12}\text{C}$ et ${}_6^{14}\text{C}$ sont deux éléments chimiques différents. A-t-il raison ?

Combien de neutrons contient le noyau de soufre ${}_{16}^{32}\text{S}$ ?

L'argon ($Z=18$) a pour configuration ${\text{K}}^2{\text{L}}^8{\text{M}}^8$. Pourquoi est-il chimiquement inerte ?

Salma affirme : « Quand l'atome de sodium devient l'ion ${\text{Na}}^{+}$, il perd un proton. » A-t-elle raison ?

Le sodium a la configuration ${\text{K}}^2{\text{L}}^8{\text{M}}^1$. Quel ion forme-t-il le plus facilement ?

Quelle est la configuration électronique de l'atome d'oxygène ($Z=8$) ?

Le magnésium ($Z=12$) a pour configuration ${\text{K}}^2{\text{L}}^8{\text{M}}^2$. Combien d'électrons de valence possède-t-il ?

Le noyau d'aluminium ${}_{13}^{27}\text{Al}$ contient $13$ protons et $14$ neutrons. Combien de nucléons compte-t-il en tout ?

Quelle est la configuration électronique correcte de l'atome de carbone ($Z=6$) ?

Deux isotopes d'un même élément ont les mêmes propriétés chimiques. Vrai ou faux ?

L'oxygène a la configuration ${\text{K}}^2{\text{L}}^6$. Quel ion forme-t-il pour atteindre l'octet ?

Le soufre a pour notation ${}_{16}^{32}\text{S}$. Combien vaut la charge de son noyau, exprimée en nombre de charges élémentaires ?

On considère deux atomes : ${}_{17}^{35}\text{Cl}$ et ${}_{17}^{37}\text{Cl}$. Que peut-on dire d'eux ?

Salma propose ${\text{K}}^2{\text{L}}^6{\text{M}}^2$ comme configuration du néon ($Z=10$). Cette configuration est-elle correcte ?

Le deutérium est l'isotope de l'hydrogène de notation ${}_1^2\text{H}$. Combien de neutrons son noyau contient-il ?

Au laboratoire de Rabat, Amine étudie l'atome de fluor ${}_9^{19}\text{F}$.

Détermine (a) le nombre de protons, de neutrons et d'électrons de cet atome, puis (b) sa configuration électronique.

Au laboratoire du lycée à Tanger, Karim étudie le noyau de phosphore ${}_{15}^{31}\text{P}$. Il veut compter les neutrons et raisonne ainsi : « Le nombre du haut, c'est les protons, et celui du bas, c'est les nucléons. Donc le phosphore a $31$ protons et $15$ nucléons, ce qui donne $15-31$ neutrons. » Il s'embrouille sur le signe et s'arrête. Combien de neutrons compte réellement ce noyau ?

À Casablanca, Salma compare deux atomes au tableau. Elle affirme : « L'atome de chlore ${\text{K}}^2{\text{L}}^8{\text{M}}^7$ a $17$ électrons, c'est beaucoup ; ce sont donc eux qui font presque toute la masse de l'atome, bien plus que le noyau. » A-t-elle raison ?

Au laboratoire du lycée à Casablanca, Amine reçoit une fiche avec une seule donnée : un atome de soufre ${}_{16}^{32}\text{S}$.

Détermine (a) la composition du noyau et le nombre d'électrons, (b) la configuration électronique, (c) le nombre d'électrons de valence, puis (d) l'ion que le soufre formera, en justifiant.

Karim affirme : « Comme ${}_6^{12}\text{C}$ et ${}_6^{14}\text{C}$ ont des masses différentes, ce sont deux éléments chimiques différents, qui réagissent différemment. »

Explique pourquoi son raisonnement est faux, sur les deux points (élément et réactivité).

Un atome neutre a pour configuration électronique ${\text{K}}^2{\text{L}}^8{\text{M}}^3$. Quel est son numéro atomique $Z$ et combien a-t-il d'électrons de valence ?

Un isotope de l'uranium a pour notation ${}_{92}^{238}\text{U}$. Combien de neutrons son noyau contient-il ?

Le chlore possède deux isotopes : ${}_{17}^{35}\text{Cl}$ et ${}_{17}^{37}\text{Cl}$.

De combien de neutrons leurs noyaux diffèrent-ils ?

Salma raisonne ainsi : « Le chlore ${\text{K}}^2{\text{L}}^8{\text{M}}^7$ a $7$ électrons de valence, donc il forme l'ion ${\text{Cl}}^{7-}$. »

Explique son erreur, puis donne l'ion réellement formé par le chlore, avec justification.

Le magnésium a la configuration ${\text{K}}^2{\text{L}}^8{\text{M}}^2$. Quel ion forme-t-il, et pourquoi ?

Yasmine étudie l'aluminium ${}_{13}^{27}\text{Al}$ pour comprendre pourquoi les canettes en aluminium s'oxydent.

Détermine (a) la configuration électronique de l'aluminium, (b) son nombre d'électrons de valence, puis (c) l'ion qu'il forme, avec justification.

L'atome de soufre ${}_{16}^{32}\text{S}$ gagne $2$ électrons pour former l'ion sulfure ${\text{S}}^{2-}$.

Combien d'électrons l'ion ${\text{S}}^{2-}$ possède-t-il ?

L'atome de magnésium ($Z=12$) perd $2$ électrons pour former l'ion ${\text{Mg}}^{2+}$.

Combien d'électrons l'ion ${\text{Mg}}^{2+}$ possède-t-il ?

Pour visualiser l'atome, on l'agrandit jusqu'à donner à son rayon la taille d'un stade de $100\text{ m}$. Le rapport réel entre le rayon de l'atome et celui du noyau est de $100000$.

Dans ce modèle agrandi, quel serait le rayon du noyau, en mètres ?

Le tritium ${}_1^3\text{H}$ a une masse environ trois fois plus grande que l'hydrogène ordinaire ${}_1^1\text{H}$. Karim en déduit qu'il a une configuration électronique différente. A-t-il raison ?

Salma écrit : « Le sodium perd un électron, donc il devient l'ion ${\text{Na}}^{-}$. » A-t-elle raison ?

Karim affirme : « Ajouter un neutron à un noyau augmente sa charge électrique. » A-t-il raison ?

L'ion ${\text{Na}}^{+}$ possède $10$ électrons (configuration ${\text{K}}^2{\text{L}}^8$, comme le néon).

Combien de protons son noyau contient-il ?

Au laboratoire de Marrakech, Amine remplit une fiche pour trois atomes : ${}_8^{16}\text{O}$, ${}_{11}^{23}\text{Na}$ et ${}_{18}^{40}\text{Ar}$.

Pour chacun, donne : le nombre de protons, de neutrons, d'électrons, la configuration électronique et le nombre d'électrons de valence.

Karim propose pour l'azote ($Z=7$) la configuration ${\text{K}}^2{\text{L}}^3{\text{M}}^2$.

Explique pourquoi cette configuration est fausse, puis donne la bonne, avec le nombre d'électrons de valence.

L'oxygène (${\text{K}}^2{\text{L}}^6$) et le soufre (${\text{K}}^2{\text{L}}^8{\text{M}}^6$) ont tous deux $6$ électrons de valence. Que peut-on en déduire ?

Pour dater une charpente ancienne de Fès, on utilise le carbone $14$, noté ${}_6^{14}\text{C}$, un isotope instable du carbone.

(a) Donne sa composition (protons, neutrons, électrons). (b) Le ${}_6^{12}\text{C}$ ordinaire et le ${}_6^{14}\text{C}$ réagissent-ils chimiquement de la même façon ? Justifie. (c) Qu'est-ce qui distingue alors physiquement ces deux isotopes ?

Yasmine analyse l'atome de phosphore ${}_{15}^{31}\text{P}$, présent dans les engrais.

(a) Donne sa composition complète et la charge de son noyau. (b) Écris sa configuration électronique et vérifie-la. (c) Combien a-t-il d'électrons de valence ? (d) Sachant qu'il lui manque $3$ électrons pour l'octet, quel ion peut-il former, et pourquoi ce chemin n'est-il pas toujours le plus simple ?