Les atomes, vous l'avez peut-être entendu, représentent le plus petit morceau possible d'un type particulier de matière. Si vous aviez la chance d'avoir une brique d'une livre de l'élément or (Au), vous pourriez la diviser en morceaux de plus en plus petits jusqu'à ce qu'il ne vous reste que des atomes d'or; d'autres divisions sont possibles, mais aucun des composants résultants n'est particulier à l'or.
Le tableau périodique des éléments comprend 118 types individuels d'atomes (c'est-à-dire des éléments), qui ont tous un nombre unique de protons et d'électrons et un nombre similaire de neutrons. Mais à quel point cette entité infiniment petite est-elle minuscule? Y a-t-il un moyen de relier le taille d'un atome au rayon de quoi que ce soit dans votre propre expérience?
Quelles sont les parties d'un atome ?
Tous les atomes contiennent au moins un proton, avec le nombre de protons déterminant l'identité d'un élément. Un élément a un numéro atomique, l'identifiant unique associé au numéro de proton et à un symbole à une ou deux lettres (par exemple, Ca pour calcium, élément numéro 20 dans le tableau périodique).
A l'état neutre et non chargé, chaque atome a le même nombre de électrons comme c'est le cas pour les protons. Les éléments commençant par l'hélium contiennent également un certain nombre de neutrons similaire et généralement légèrement supérieur au nombre de protons. Les variantes d'éléments avec différents nombres de neutrons sont appelés isotopes.
Les protons sont chargés négativement et sont regroupés avec des neutrons pour former le noyau atomique. Les électrons chargés négativement, quant à eux, se déplacent à des distances considérables du noyau par rapport à la taille globale de l'atome, comme vous le verrez en détail.
Quelles forces déterminent la taille atomique ?
Les atomes se caractérisent par leur vaste espace inoccupé, ce qui est une observation apparemment bizarre à propos de quelque chose déjà si minuscule. Le rayon atomique est normalement défini comme la distance entre le centre du noyau et le plus à l'extérieur orbitale électronique. En ce sens, un atome peut être représenté graphiquement comme circulaire, avec le noyau au centre et la couche électronique la plus externe formant l'arc de cercle.
Lorsque vous vous déplacez de gauche à droite le long d'une rangée, le nombre de protons et le nombre d'électrons augmentent tous deux de un à chaque changement d'élément. Cependant, parce que les électrons sont ajoutés de manière dispersée grâce aux règles de remplissage électron-orbital tandis que la charge positive croissante de le noyau reste concentré dans un petit espace, les électrons sont attirés plus près du noyau jusqu'à ce que les gaz rares en période 18 de chaque ligne.
Ensuite, avec un saut à la rangée suivante, les électrons les plus externes des atomes se trouvent dans un tout nouveau niveau d'énergie, augmentant considérablement le rayon atomique. Ensuite, les rayons diminuent le long de la nouvelle ligne du tableau périodique, comme auparavant.
Quelle est la taille du noyau atomique ?
Il n'y a pas de formule formelle de rayon atomique applicable à tous les atomes, mais dans les atomes liés par covalence, le rayon peut être estimé en divisant la distance entre les noyaux atomiques par deux.
Les rayons atomiques sont généralement déterminés par expérimentation et soustraction. Si le rayon d'un atome est connu (disons, calcium, environ 178 picomètres ou pm, égal à 1,78 10–10 m), et la distance entre les noyaux d'une molécule de séléniure de calcium (CaSe) est de 278 pm, vous pouvez soustraire 178 de 278 pour obtenir une estimation raisonnable du rayon d'un atome de sélénium (100 pm).
En termes d'analogies avec le monde réel, une taille classique d'une comparaison d'atomes concerne un stade de sport. le rayon du noyau lui-même n'est qu'à propos 1 × 10–15 m quel que soit l'élément, et dans un atome typique, l'électron le plus externe serait proche d'un terrain de football, soit à environ 100 m.
Tableau des tailles des atomes
Voir les ressources pour un graphique montrant les valeurs approximatives des 86 premiers éléments du tableau périodique. Celles-ci varient d'environ 40 pm pour l'hydrogène à environ 240 pm pour le césium.