Les particules qui constituent la matière

« L'atome est un pays étrange : deux oasis de matière - les électrons et le noyau - séparés par ... un immense désert. Imaginez un stade grand comme dix fois le stade de France : c'est l'atome. Au-dessus des tribunes, un cheveu de spectateur volette au vent : c'est un électron. Au centre du terrain un petit pois : c'est le noyau où au moins 99,95 % de la masse de l'atome est concentrée ! Entre les deux, rien. Eh oui, la matière est composée de 99,999 9999 % de vide !

[...] Zoomons sur le noyau : des protons et des neutrons se pelotonnent les uns contre les autres, grelottant comme des moutons en hiver. Mais s'ils tremblent, ce n'est pas contre le froid : toutes les particules sont des paquets d'énergie qui vibrent, s'agitent, tournoient en permanence... [...]
L'aînée de ces particules s'appelle l'électron. Mais oui, le même qui s'agite dans les fils quand vous branchez une prise électrique. Il est l'aîné des particules élémentaire parce que le premier découvert par les physiciens. C'était il y a 100 ans. Pourquoi dit-on qu'il est une particule élémentaire ? Pour une raison simple : on ne peut pas le « couper » en morceaux plus petits. [...] En revanche, les deux particules qui forment le noyau de l'atome - le proton et le neutron - ne sont pas des particules élémentaire : il y a « quelque chose » à l'intérieur. »

Chaque particule est caractérisée par sa charge électrique.
« Elle peut être négative ou positive. L'électron porte une charge négative. Sa valeur sert d'ailleurs d'unité, un peu comme la pièce de 1 euro pour la monnaie. La charge de l'électron est ainsi de -1. Le proton, lui, est positif : charge +1. Le neutron, comme son nom l'indique, n'a pas de charge électrique : il est neutre (charge = 0). Sa masse est légèrement plus importante que celle du proton. A noter : les atomes sont globalement neutres, il faut toujours avoir un nombre d'électrons égal au nombre de protons. » 

• De quoi est constitué un atome ? Un noyau ?
  

Un atome est constitué d'un noyau autour duquel gravitent des électrons. Le noyau est constitué de nucléons : des protons et des neutrons. 

• Compléter le tableau suivant :

• Donner l'ordre de grandeur du rapport des masses du nucléon (proton ou neutron) et de l'électron

On cherche le rapport des masses du nucléon et de l'électron, 

On sait que mnucléon = 1,7.10-27

et que mélectron = 9,1. 10-31

Or on travaille en ordre de grandeur, d'où 

• mnucléon = 10-27
•  mélectron = 10-30
  

Les nucléons sont environ 1000 fois plus lourds que les électrons. 

• Sachant que l'ordre de grandeur de la taille du noyau est de 10-15 m et qu'il est cent mille fois plus petit que l'atome, donner l'ordre de grandeur de la taille de l'atome.

On sait que le diamètre du noyau est de dnoyau = 10-15

et qu'il est 100 000 fois plus petit que datome

Le diamètre d'un atome est de l'ordre de 10-10 m. 

• L'atome de carbone possède 6 protons. Combien d'éléctrons possède-t-il ? Justifier.

L'atome de carbone est électriquement neutre (c'est un atome) donc il possède autant d'électrons que de charges positives (protons) dans son noyau. L'atome de carbone possède donc 6 électrons.

• La charge du noyau de l'atome de fer est de 4,16⨯10-18 C. Combien de protons comporte-t-il ?

On cherche n nombre de protons, on a :

qatome = 4,16.10-18

qproton = 1,602.10-19

L'atome de fer comporte 26 protons.

• Au lycée, on considère que les protons et les neutrons sont des particules élémentaires. A-t-on raison ? Pourquoi ? 

Non, nous n'avons pas raison de considérer les nucléons comme des particules élémentaires car « il y a quelque chose à l'intérieur ». Les protons et les neutrons sont constitués de quarks.