Par Kevin Beck
Mis à jour le 30 août 2022
Créatas/Créatas/Getty Images
L'atome, dérivé du mot grec signifiant « ce qui ne peut être divisé », est l'unité fondamentale de toute matière. Il est composé de particules subatomiques :protons, neutrons et électrons. Les protons et les neutrons résident dans le noyau, représentant la quasi-totalité de la masse de l'atome, tandis que les électrons occupent des orbitales à la périphérie.
Les protons sont les particules déterminantes d'un élément. Le nombre de protons (numéro atomique Z) identifie de manière unique chaque élément. L'hydrogène possède un proton (Z=1), l'élément le plus léger, tandis que l'uranium possède 92 protons (Z=92), l'élément naturel le plus lourd. Chaque proton a une masse de 1,00728 unités de masse atomique (amu) et porte une charge de +1. Un noyau contenant un seul proton, comme celui de l'hydrogène, est toujours considéré comme un atome.
Les neutrons, presque de la même taille que les protons, ont une masse de 1,00867 amu et ne portent aucune charge électrique. Le nombre de neutrons dans un noyau varie, dépassant généralement le nombre de protons, en particulier pour les éléments plus lourds. Par exemple, un atome d’hydrogène possède un proton et aucun neutron; l'hélium a deux protons et deux neutrons; l'étain a 50 protons et 69 neutrons; l'uranium contient 92 protons et 146 neutrons. La somme des protons et des neutrons donne le nombre de masse M. Par conséquent, le nombre de neutrons est égal à M − Z. La modification du nombre de neutrons produit des isotopes :des atomes du même élément avec des nombres de masse différents, notés, par exemple, ¹⁴C pour le carbone à huit neutrons.
Les électrons sont de minuscules particules chargées négativement d’une masse de 0,000549amu. Ils gravitent autour du noyau selon des niveaux d’énergie discrets – orbitales s, p, d et f – plutôt que de suivre de simples trajectoires planétaires. Dans un atome neutre, le nombre d’électrons est égal au nombre de protons (Z), garantissant ainsi la neutralité globale de la charge. Lorsque les nombres diffèrent, l'atome devient un ion, portant une charge nette positive ou négative.
Les atomes sont extrêmement petits et indivisibles par des moyens ordinaires, analogues aux pièces d’un puzzle. Leur structure – protons (positifs), neutrons (neutres) et électrons (négatifs) – détermine les propriétés de l’élément. Étant donné que les électrons n'ont pratiquement pas de masse comparés aux protons et aux neutrons, la masse atomique est en fait la somme des protons et des neutrons.