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niveau: 3eme
discipline: physique-chimie
theme_bo: Organisation et transformation de la matière
chapitre: 1
titre: Atomistique
duree_heures: 3
prerequis:
  - "4e-03 — Atomes et Molécules"
competences_bo:
  - Décrire la constitution et les états de la matière
  - Utiliser le tableau périodique
competences_socle:
  - D1.3 — Langages scientifiques
  - D4 — Systèmes naturels et techniques
mots_cles:
  - atome
  - proton
  - neutron
  - électron
  - nucléon
  - numéro atomique
  - nombre de masse
  - tableau périodique
eval_diagnostique: QCM prérequis atomes et molécules
eval_formative: Exercices notation A/Z et tableau périodique
eval_sommative: QCM tableau périodique
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# Chapitre 1 — Atomistique
> *M. VERHILLE — Physique-Chimie · 3ème*

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## Objectifs et compétences

**Objectifs du chapitre, en lien avec le programme de cycle 4 (BO n° 31 du 30 juillet 2020)** :
- Décrire la constitution et les états de la matière
- Utiliser le tableau périodique pour retrouver des informations

**Compétences du socle** :
- D1.3 : Utiliser les langages scientifiques (notation ${}^A_Z X$)
- D4 : Systèmes naturels et techniques

**À la fin de ce chapitre, l'élève sait** :
- [ ] Citer les 3 particules de l'atome (proton, neutron, électron)
- [ ] Utiliser la notation ${}^A_Z X$ (A, Z, nombre de neutrons)
- [ ] Localiser un élément dans le tableau périodique
- [ ] Expliquer la neutralité électrique de l'atome

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## 1. La classification périodique

![Tableau périodique illustré : symboles, numéros atomiques et exemples d’usages](../sources/ch01-atomistique/tableau-periodique-elements-images-fr.jpg)

*Repère documentaire : utiliser le numéro atomique Z pour identifier les protons. Les illustrations d’usage n’indiquent pas la composition complète des objets.*

Les éléments chimiques sont regroupés dans le **tableau périodique** par ordre croissant de numéro atomique Z et par propriétés chimiques proches. Il donne des informations sur la **composition, les masses et les propriétés des atomes.**


| Élément | Symbole | Numéro atomique Z |
|---|---|---|
| Hydrogène | H | 1 |
| Hélium | He | 2 |
| Lithium | Li | 3 |
| Carbone | C | 6 |
| Azote | N | 7 |
| Oxygène | O | 8 |
| Sodium | Na | 11 |
| Silicium | Si | 14 |
| Fer | Fe | 26 |

Le tableau périodique donne Z, mais ne suffit pas à fixer A : un élément peut avoir plusieurs isotopes.

## 2. Constitution d'un atome

Un atome est composé d’un noyau et d’électrons. On distingue trois types de constituants :

| Particule    | Symbole | Charge   | Localisation       |
| ------------ | ------- | -------- | ------------------ |
| **Proton**   | p⁺      | positive | noyau              |
| **Neutron**  | n       | neutre   | noyau              |
| **Électron** | e⁻      | négative | nuage électronique |

> **Nucléon** = proton ou neutron (particule du noyau)

Un atome est **électriquement neutre** donc pour un atome : nombre de protons = nombre d'électrons.


## 3. Notation

![Notation A en haut à gauche, Z en bas à gauche et X symbole ; A compte les protons et neutrons, Z les protons](../sources/ch01-atomistique/schema-notation-AZX.png) 
 
$${}^{A}_{Z} X$$
- **A** = nombre de **nucléons** (protons + neutrons) = **nombre de masse**
- **Z** = nombre de **protons** = **numéro atomique**
- **X** = symbole de l'élément

> **Nombre de neutrons = A − Z**
### Exemples
| Atome | A | Z | Protons | Neutrons | Électrons |
|---|---|---|---|---|---|
| ¹₁H | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| ⁴₂He | 4 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| ²³₁₁Na | 23 | 11 | 11 | 12 | 11 |
| ¹²₆C | 12 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| ¹⁹₉F | 19 | 9 | 9 | 10 | 9 |
| ⁷₃Li | 7 | 3 | 3 | 4 | 3 |

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## 4. Représentation des atomes

![Modèles de H-1 et He-4 : un proton et un électron pour H ; deux protons, deux neutrons et deux électrons pour He](../sources/ch01-atomistique/modeles-Bohr-hydrogene-helium.png)

*Ces dessins servent au comptage ; les dimensions et les trajectoires circulaires ne sont pas une représentation exacte de l’atome.*

Un modèle représente le noyau au centre et les électrons autour. Il ne respecte pas les distances réelles. Pour ¹₁H : 1 proton et 1 électron ; pour ⁴₂He : 2 protons, 2 neutrons et 2 électrons. Les trajectoires circulaires ne sont pas une description exacte du mouvement des électrons.


## 5. Dimensions et masses

![Schéma d’un atome neutre avec noyau et électrons ; ordres de grandeur 10⁻¹⁰ m pour l’atome et 10⁻¹⁵ m pour le noyau](../sources/ch01-atomistique/schema-dimensions-atome-noyau.png)

*Les cercles et distances du dessin ne sont pas à l’échelle. Les valeurs écrites sont des ordres de grandeur ; utiliser les nombres donnés dans chaque exercice.*


|           Grandeur              | Valeur                                                                                                   |
|------------------------|----------------------------------------------------------------|
| Taille de l'atome             | ~10⁻¹⁰ m                                                                                               |
| Taille du noyau               | ~10⁻¹⁵ m                                                                                                |
| Rapport                           | Dans ces ordres de grandeur, le diamètre du noyau est **100 000 fois** plus petit : structure **lacunaire**, sans pourcentage de vide déduit |
| Masse du nucléon          | 1,67 × 10⁻²⁷ kg                                                                                     |
| Masse de l'électron        | 9,1 × 10⁻³¹ kg (négligeable)                                                                |

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## 6. Les éléments dans l'Univers

### Abondance cosmique

La matière ordinaire (atomes et ions) de l’Univers contient principalement deux éléments chimiques. Les valeurs suivantes sont des approximations en masse ; elles ne décrivent ni la matière noire ni l’énergie noire :

| Élément | Symbole | Abondance dans la matière ordinaire |
|---|---|---|
| **Hydrogène** | H | ~75% de la masse |
| **Hélium** | He | ~23% de la masse |
| Tous les autres éléments | O, C, Fe, Si... | ~2% |

> L’hydrogène et l’hélium représentent ensemble environ **98 % de la masse de la matière ordinaire** de l’Univers.

### Nucléosynthèse stellaire

Les éléments lourds (carbone, oxygène, fer, silicium...) sont fabriqués à l'intérieur des **étoiles** par des réactions de **fusion nucléaire** :
- Les étoiles fusionnent l'hydrogène en hélium (comme le Soleil)
- Les étoiles massives fabriquent ensuite des éléments plus lourds : carbone, oxygène, fer...
- Lors de l'explosion d'une étoile massive (**supernova**), ces éléments sont dispersés dans l'espace et forment de nouvelles étoiles, planètes et... nous !

> **Nous sommes faits de poussière d'étoiles** : le carbone de nos cellules, le fer de notre sang, le calcium de nos os ont été fabriqués dans des étoiles mortes il y a des milliards d'années.

### Composition de la Terre vs composition d'une étoile

| Élément | Terre (croûte) | Soleil (étoile) |
|---|---|---|
| Hydrogène (H) | faible | ~75% |
| Hélium (He) | traces | ~23% |
| Oxygène (O) | ~46% | ~1% |
| Silicium (Si) | ~28% | traces |
| Fer (Fe) | ~5% (noyau : ~80%) | traces |
| Carbone (C) | traces | ~0,3% |

> La matière est **partout de même nature** (mêmes atomes, mêmes éléments) mais les **proportions diffèrent** selon l'objet céleste.

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## Bilan — Ce qu'il faut retenir

| Notion | Définition | Formule |
|--------|-----------|---------|
| Atome | Particule composée d'un noyau (protons + neutrons) et d'électrons ; électriquement neutre | — |
| Proton / Neutron | Particules du noyau appelées nucléons ; le proton porte une charge positive, le neutron est neutre | — |
| Électron | Particule de charge négative située dans le nuage électronique ; masse négligeable | — |
| Numéro atomique Z | Nombre de protons dans le noyau ; définit l'élément chimique | Z = nombre de protons |
| Nombre de masse A | Nombre total de nucléons (protons + neutrons) dans le noyau | A = Z + nombre de neutrons |
| Notation ${}^A_Z X$ | Écriture symbolique d'un atome : A en haut, Z en bas, X symbole de l'élément | Neutrons = A − Z |
| Abondance cosmique | Environ 98 % de la masse de la matière ordinaire est constituée d’hydrogène et d’hélium ; les autres éléments représentent environ 2 % | — |
| Nucléosynthèse stellaire | Les éléments lourds (C, O, Fe...) sont fabriqués dans les étoiles par fusion nucléaire | — |

## Erreurs fréquentes à éviter
- Confondre **A** (nucléons) et **Z** (protons)
- Oublier que **neutrons = A − Z**


### Simulation interactive
🔗 PhET Construire un atome : https://phet.colorado.edu/sims/html/build-an-atom/latest/build-an-atom_fr.html
## Vikidia: Tableau périodique des éléments
https://fr.vikidia.org/wiki/Tableau_p%C3%A9riodique_des_%C3%A9l%C3%A9ments


## Différenciation
- **Remédiation** : Donner les symboles et Z dans le tableau ci-dessus, puis fournir A pour chaque isotope étudié ; demander le nombre de protons et de neutrons.
- **Approfondissement** : Rechercher les isotopes du carbone (¹²C, ¹³C, ¹⁴C) et expliquer pourquoi le ¹⁴C est utilisé pour la datation en archéologie.

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## Bonus

![Composition indicative du corps humain en masse : oxygène 65 %, carbone 18,5 %, hydrogène 9,5 % et azote 3,3 %](../sources/ch01-atomistique/infographie-composition-corps-humain-elements.png)

*Ces pourcentages concernent les éléments chimiques, pas la proportion d’eau du corps.*
Composition indicative en masse d’un corps humain adulte : oxygène environ 65 %, carbone 18,5 %, hydrogène 9,5 %, azote 3,3 %, autres éléments environ 3,7 %. Ces valeurs sont approximatives. La proportion d’eau du corps est une grandeur différente de la proportion d’oxygène.


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> Référence : [programme de physique-chimie du cycle 4 et ressources ministérielles](https://eduscol.education.gouv.fr/5739/ressources-d-accompagnement-du-programme-de-physique-chimie-au-cycle-4). Les objectifs et approfondissements de ce chapitre constituent une progression du professeur.

## Navigation

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