Atome

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  • Publié le : 21 janvier 2014
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Le diamètre estimé d'un atome « libre » (hors liaison covalente ou cristalline) est compris entre 62 pm (6,2×10-11 m) pour l'hélium et 596 pm (5,96×10-10 m) pour le césium[2], tandis que celui d'un noyau atomique est compris entre 2,4 fm (2,4×10-15 m) pour l'isotope 1H et 14,8 fm (1,48×10-14 m) environ pour le nucléide 238U[3]: le noyau d'un atome d'hydrogène est donc environ 40 000 fois pluspetit que l'atome d'hydrogène lui-même.

Le noyau concentre cependant l'essentiel de la masse de l'atome[4]: le noyau du lithium 7, par exemple, est environ 4 300 fois plus massif que les trois électrons qui l'entourent, l'atome de 7Li lui-même ayant une masse de l'ordre de 1,172×10−26 kg. Pour fixer les idées, la masse des atomes est comprise entre 1,674×10-27 kg pour le protium et 3,953×10-25 kgpour l'uranium 238, en s'en tenant aux isotopes qui ont une abondance significative dans le milieu naturel (il existe des noyaux plus lourds mais aussi bien plus instables que le nucléide 238U).

Cette masse est généralement exprimée en unités de masse atomique (« uma », ou « u »), définie comme la douzième partie de la masse d'un atome de 12C non lié et à son état fondamental, soit 1 uma =1,66054×10-27 kg ; dans cette unité, la masse du nucléide 238U vaut 238,0507826 uma. Une unité alternative également très employée en physique des particules est l'électron-volt divisé par le carré de la vitesse de la lumière (eV/c2), qui est homogène à une masse en vertu de la fameuse équation E = mc 2 de la relativité restreinte, et qui vaut 1 eV/c2 = 1,783×10-36 kg ; dans cette unité, la masse dunoyau 238U est égale à 221,7 GeV/c2.

Compte tenu de leur taille et de leur masse singulièrement réduites, les atomes sont toujours en très grand nombre dès qu'on manipule une quantité de matière macroscopique. On définit ainsi la mole comme étant la quantité de matière constituée par autant d'unités élémentaires (atomes, molécules, électrons, etc.) qu'il y a d'atomes dans 12 g de carbone 12,soit pas moins de 6,022×1023 unités élémentaires, ce qu'on appelle le nombre d'Avogadro.

Particules subatomiques[modifier | modifier le code]Articles détaillés : Particule subatomique et Physique des particules.Articles connexes : Particule élémentaire, Théorie quantique des champs et Modèle standard (physique des particules).Bien que son étymologie signifie « indivisible » en grec ancien, unatome est en réalité constitué de particules élémentaires plus petites, et peut donc être divisé ; mais il constitue bien la plus petite unité indivisible d'un élément chimique en tant que tel : en brisant, par exemple, un atome d'hélium, on obtiendra des électrons, des protons et des neutrons, mais on n'aura plus un corps simple ayant les propriétés de l'hélium.

L'électron e- est une particuletrès peu massive (9,1094×10−31 kg, soit 511,00 keV/c2) pourvue d'une charge électrique négative de -1,602×10−19 C.
Le proton p+ est 1 836 fois plus massif que l'électron (1,6726×10−27 kg, soit 938,27 MeV/c2) avec une charge électrique positive de même valeur absolue que celle de l'électron (1,602×10−19 C).
Le neutron n0 est 1 838,5 fois plus massif que l'électron (1,6749×10−27 kg, soit 939,57MeV/c2), et est électriquement neutre.
Le modèle standard de la physique des particules décrit les nucléons comme des baryons composés de particules élémentaires appelées quarks :

le proton est constitué de deux quarks up et d'un quark down : p+ = uud ;
le neutron est constitué d'un quark up et de deux quarks down : n0 = udd.
Les électrons, quant à eux, sont des leptons, qui constituent, avec lesquarks, le groupe des fermions. La grande différence entre quarks et leptons est que seuls les premiers connaissent toutes les interactions élémentaires, y compris l'interaction nucléaire forte, dont les médiateurs sont des bosons de jauge appelés gluons ; les leptons ne connaissent que l'interaction faible (via les bosons Z0 et W± ) et l'interaction électromagnétique (via les photons)....
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