\chapter{L'atome et son noyau}

\section{Introduction}
\begin{exointro}{Lycée Picpus, Paris}
On considère un atome de cobalt $^{60}_{27}$Co .
\begin{questions}
\item Quel est son nombre de masse ?
\item Quel est son numéro atomique ?
\item Combien de neutrons son noyau contient-il ?
\item Combien d'électrons orbitent autour de ce noyau ?
\end{questions}
\end{exointro}

Dans ce chapitre nous introduisons des notions relatives à l'atome et
son noyau.

\section{Structure de l'atome et de son noyau}

Un atome est composé d'un cortège d'électrons autour d'un noyau. Le
noyau est composés de nucléons, qui sont des \index{proton}protons et des \index{neutron}neutrons.

Les neutrons, comme leur nom l'indique, n'ont pas de charge
électrique: ils sont électriquement neutres.

Les protons ont une charge électrique positive. Les électrons ont une
charge électrique négative, opposée à celle des protons.


\begin{aretenir}
  Un atome est électriquement neutre. Son cortège électronique
  contient donc autant d'électrons qu'il y a de protons dans son noyau.
\end{aretenir}

Dans les unités du Système International, la charge électrique
s'exprime en coulomb, de symbole C.

\newpage

La charge électrique du proton est:

\[e=1{,}6\times 10^{-19}\mbox{~C}\]

La charge électrique d'un électron est donc $-e=-1{,}6\times 10^{-19}$~C.


%\parbox{\linewidth}{%
%\begin{center}
%\includegraphics{lithium} 
%\figcaption{Modèle de Bohr de l'atome de lithium~7.}
%\end{center}
%}



\begin{aretenir}

  On appelle %
  \index{numero atomique@numéro atomique}numéro atomique, et on
  note $Z$, le nombre de protons qu'il y a dans le noyau.
\par
On appelle %
nombre de nucléons (ou encore \index{nombre!de masse}nombre de masse), et on note $A$, le nombre total de
nucléons (neutrons et protons) qu'il y a dans le noyau.

\end{aretenir}

Le noyau contient donc $A-Z$~neutrons.

Pour désigner un élément chimique, on utilise son symbole~X,
{\em précédé} en %
{\em exposant} du nombre de nucléons,
et en %
{\em indice} du numéro atomique, de la manière suivante :
\begin{center}
\begin{tabular}[t]{@{}r@{}}
      \small$A$\\\small$Z$
      \end{tabular}
      \begin{tabular}[t]{@{}l@{}}
      \\[-4pt]
      \large X
      \end{tabular}
\end{center}

Le numéro atomique est caractéristique de l'%
{élément chimique}. Ainsi,
au numéro atomique~1 correspond l'hydrogène, au numéro atomique~2
correspond l'hélium, etc.

\begin{aretenir}
  L'ordre de grandeur de la taille d'un atome est
  $10^{-10}$~m. L'ordre de grandeur de la taille d'un noyau atomique
  est $10^{-15}$~m.
\end{aretenir}

L'essentiel de la masse d'un atome est concentrée dans son noyau. En
effet, la
masse du proton est
\[m_p=1{,}672622\times 10^{-27}\mbox{~kg},\]
celle du neutron est:
\[m_n=1{,}674927\times 10^{-27}\mbox{~kg}\]
tandis que celle de l'électron est:
\[m_e=9{,}10938\times 10^{-31}\mbox{~kg}.\]

L'électron est donc environ \numprint{2000} fois moins massif que le proton ou le neutron.

\begin{aretenir}
  La masse $m$ d'un atome est sensiblement égale au nombre de masse
  multipliée par la masse du neutron: $m=Am_n$
\end{aretenir}

\begin{solintro}
\begin{questions}
\item Son nombre de nucléons est le nombre indiqué en haut à gauche donc : $A=60$.
\item Son numéro atomique est le nombre indiqué en bas à gauche donc :
$Z=27$.
\item Le nombre de nucléons est égal au nombre total de nucléons dans le noyau.
On appelle $N$ le nombre de neutrons, on a $Z$ protons dans le noyau, donc :
\[A=N+Z\mbox{~~~~soit :~~~~}N=A-Z=60-27=33.\]
Il y a trente trois neutrons dans le noyau.
\item La neutralité électrique de l'atome implique qu'il contient autant
d'électrons que de protons donc $27$~électrons orbitent autour du noyau.
\end{questions}
\end{solintro}
