Par David Chandler
Mis à jour le 30 août 2022
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Les atomes sont composés de trois sous-particules fondamentales :le proton chargé positivement, l’électron chargé négativement et le neutron électriquement neutre. Les amplitudes des charges des protons et des électrons sont égales mais opposées et définissent le comportement électrique d’un atome. Les protons et les neutrons se lient dans le noyau via la force nucléaire forte, tandis que les électrons gravitent autour du noyau dans un nuage retenu par la force électromagnétique comparativement plus faible.
Les électrons portent une charge négative, les protons une charge positive et les neutrons sont neutres.
L’identité de chaque élément est déterminée par le nombre de protons dans son noyau, appelé numéro atomique. Par exemple, un atome de carbone contient six protons, tandis qu’un atome d’azote en contient sept. Ce nombre de protons reste inchangé lors des réactions chimiques, ce qui signifie que les réactifs et les produits sont les mêmes éléments.
Les atomes d’un même élément peuvent contenir différents nombres de neutrons, donnant naissance à des isotopes. L'hydrogène, par exemple, possède trois isotopes :le protium (pas de neutrons), le deutérium (un neutron) et le tritium (deux neutrons). Bien que les isotopes diffèrent en masse, ils présentent un comportement chimique pratiquement identique.
Les électrons ne sont pas étroitement liés au noyau, ce qui permet de les perdre, de les gagner ou de les partager entre atomes. Un atome qui perd un électron devient un ion +1; celui qui gagne un électron devient un ion –1. Des liaisons chimiques résultent de ces réarrangements électroniques.
La masse d'un atome est essentiellement la somme de ses protons et de ses neutrons; les électrons contribuent de manière négligeable et sont généralement omis des calculs de masse. Le chiffre qui en résulte, la masse atomique, varie selon l’isotope. Le protium (1p+0n) a une masse atomique de 1 ; le deutérium (1p+1n) a une masse atomique de 2.
Dans les échantillons naturels, les atomes existent sous forme de mélanges d’isotopes. Le poids atomique est la moyenne pondérée de ces masses isotopiques, reflétant leur abondance naturelle. Pour l'hydrogène, la prédominance du protium (masse 1) avec un peu de deutérium (masse 2) et de tritium (masse 3) donne un poids atomique moyen de 1,008. Bien que les rapports isotopiques puissent légèrement varier d'un échantillon à l'autre, ils restent systématiquement similaires.