De quoi un atome est-il fait ?

Un atome comporte un noyau central, extrêmement petit, autour duquel se répartissent des électrons. Le noyau contient des protons, chargés positivement, et des neutrons, sans charge.

L'atome est électriquement neutre : il possède exactement autant d'électrons que de protons. C'est cette égalité qui définit sa neutralité, et sa rupture qui produit un ion.

Deux ordres de grandeur à retenir

Le diamètre d'un atome est de l'ordre de $10^{-10}\text{m}$, celui de son noyau de l'ordre de $10^{-15}\text{m}$. Le rapport est de cent mille.

Cette comparaison mérite qu'on s'y arrête. Si le noyau était une bille d'un centimètre posée au centre d'un stade, les électrons se trouveraient à un kilomètre — et entre les deux, il n'y aurait rien. La matière qui nous semble pleine est essentiellement du vide.

Pourtant, presque toute la masse est concentrée dans ce noyau minuscule : un électron est environ 1 800 fois plus léger qu'un proton. On dit que la masse de l'atome est pratiquement celle de son noyau, et cette approximation est excellente.

Numéro atomique et nombre de masse

Le numéro atomique $Z$ est le nombre de protons. C'est lui, et lui seul, qui définit l'élément chimique : tout atome à six protons est un atome de carbone, quoi qu'il contienne par ailleurs.

Le nombre de masse $A$ est le nombre total de nucléons, c'est-à-dire de protons et de neutrons. Le nombre de neutrons vaut donc $A-Z$.

On écrit le symbole d'un noyau sous la forme ${}_Z^{A}X$. Ainsi ${}_6^{12}C$ désigne un noyau de carbone à 6 protons et 6 neutrons.

Isotopes et ions

Deux atomes sont isotopes s'ils ont le même $Z$ mais des $A$ différents : même nombre de protons, nombres de neutrons différents. Ce sont deux variantes du même élément, aux propriétés chimiques identiques mais aux masses différentes.

Un ion se forme quand un atome gagne ou perd des électrons. Il perd alors sa neutralité. Perdre un électron donne un cation, chargé positivement ; en gagner un donne un anion, chargé négativement. Le noyau, lui, ne change jamais : c'est toujours le même élément.

La répartition des électrons

Les électrons se répartissent en couches successives, notées K, L puis M. La couche K contient au plus 2 électrons, les couches L et M au plus 8 au niveau du tronc commun.

On remplit les couches dans l'ordre, sans laisser de place vide avant de passer à la suivante. La dernière couche occupée s'appelle la couche externe : c'est elle qui commande le comportement chimique de l'atome, et c'est pour cette raison qu'on s'y intéresse tant.