3P8 physique: L'' ATOME ET LES IONS

 

PHYSIQUE-CHIMIE · CLASSE DE 3ᵉ · PROTOCOLE BPS-E L'atome et les ions Spécial interrogation du 2 novembre Chap. 1 : L'atome · Chap. 2 : À la découverte des ions · Puissances de 10

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Diaporama « Voyage au cœur de la matière » — la carte de notre voyage

Ce que contient ce document	Pour quoi faire ?
Cours express illustré (6 parties)	Comprendre et mémoriser l'essentiel en 3 Pomodoros
Fiche de révision express	Relire la veille de l'interrogation
Quiz de 50 questions	S'auto-évaluer et fabriquer ses cartes Leitner
Épreuve type brevet 2027 (2 exercices)	S'entraîner aux réponses rédigées et justifiées
Corrigés regroupés à la fin	Travailler seul, en autonomie complète

 

Dr Claude Jean PARIS — Support pédagogique BPS-E · Session du brevet 2027

Sommaire

Mode d'emploi et objectifs......................................................................................................................... 2

Le cours express......................................................................................................................................... 3

1. L'atome : un noyau minuscule et beaucoup de vide................................................................................................................ 3

2. Z, A et symbole : la carte d'identité de l'atome........................................................................................................................ 4

3. Atome neutre, classification et isotopes.................................................................................................................................... 5

4. Les ions............................................................................................................................................................................................. 6

5. Dimensions, masses et puissances de 10................................................................................................................................... 8

Fiche de révision express.......................................................................................................................... 10

Quiz — 50 questions................................................................................................................................. 11

Épreuve type brevet 2027 — physique-chimie........................................................................................... 14

Corrigés.................................................................................................................................................... 15

Sources..................................................................................................................................................... 16

 

Mode d'emploi et objectifs

Ce document rassemble le cours de ton professeur (Chap. 1 du 07/10 et Chap. 2 du 14/10), le manuel (chapitre « L'atome »), la fiche méthode sur l'écriture scientifique et les diapositives du diaporama « Voyage au cœur de la matière ». Il est volontairement court : tout ce qui est ici peut tomber le 2 novembre.

⭐ À retenir — À la fin, je sais… ●        décrire un atome : noyau (protons p⁺ + neutrons n⁰) et nuage électronique (électrons e⁻) ; ●        trouver le nombre de p⁺, n⁰ et e⁻ à partir de Z et A, et faire le schéma de l'atome ; ●        lire une case de la classification et écrire le symbole complet d'un atome (ex. ²³₁₁Na) ; ●        définir un ion, distinguer cation et anion, écrire sa formule et trouver sa composition ; ●        manier les puissances de 10, l'écriture scientifique et les conversions (nm, pm, fm).

 

Étape BPS-E	Ce que je fais	Durée
① Découverte	Je lis une partie du cours et j'observe les diapositives	1 Pomodoro (25 min)
② Lecture active	Je reformule chaque encadré ⭐ par écrit, puis à voix haute	1 Pomodoro
③ Quiz immédiat	Je fais les questions du quiz liées à la partie, puis je corrige	15 min
④ Cartes Leitner	Chaque erreur devient une carte (question / réponse)	10 min

 

⚠️ Attention — Brevet 2027 Épreuve de sciences d'1 h (deux disciplines, environ 30 min chacune) sur le programme de 3ᵉ. Pas de QCM dans les sujets : des réponses rédigées et justifiées, avec au moins 2 points de maîtrise de la langue (phrases complètes, vocabulaire exact, raisonnement organisé). Le quiz de ce document est un outil d'entraînement, pas un modèle d'épreuve.

 

Le cours express

1. L'atome : un noyau minuscule et beaucoup de vide

La matière (solide, liquide ou gazeuse) est composée d'atomes. Un atome est invisible à l'œil nu et même au microscope optique : il mesure environ 0,1 nm. On ne l'a pas « vu » : on a construit des modèles de plus en plus précis.

Diapositive — 1897 : Thomson imagine une sphère pleine ; 1909-1911 : Rutherford découvre le vide et le noyau

👩‍🏫 Dans le cours de ton professeur — Chap. 1 — I. À quoi ressemble un atome ? Un atome est constitué d'un noyau autour duquel se trouve un nuage électronique. ●        Le noyau est 100 000 fois plus petit que l'atome mais en constitue presque toute la masse. ●        Il contient 2 sortes de nucléons : les protons (charges positives, notés p⁺) et les neutrons (électriquement neutres, notés n⁰). ●        Autour du noyau gravitent les électrons, charges négatives notées e⁻.

 

Diapositive — la carte d'identité des trois particules

⚠️ Attention — Ne mélange pas les mots Nucléon = particule du noyau (proton OU neutron). L'électron n'est pas un nucléon. Le noyau est positif (il ne contient que des charges + et des neutres) ; c'est l'atome entier qui est neutre.

 

2. Z, A et symbole : la carte d'identité de l'atome

📘 Définition — Z et A ●        Le numéro atomique Z est le nombre de protons du noyau. ●        Le nombre de masse A est le nombre de nucléons du noyau (protons + neutrons). ●        Le symbole d'un atome : une majuscule, parfois suivie d'une minuscule (H, C, Na, Fe…). Pour le compléter, on écrit à sa gauche A en haut et Z en bas : ⁷₃Li, ²³₁₁Na.

 

Diapositive — ⁷₃Li : 3 protons, 7 nucléons, donc 7 − 3 = 4 neutrons

Illustration — la méthode en 3 étapes, à appliquer à chaque fois

🔎 Exemple — L'atome de fluor (cours du professeur) Fluor : Z = 9 et A = 19 → 9 p⁺, 19 − 9 = 10 n⁰, 9 e⁻. Schéma : un noyau « 9 p⁺ / 10 n⁰ » entouré d'un nuage électronique « 9 e⁻ », avec les légendes noyau et nuage électronique.

 

3. Atome neutre, classification et isotopes

Diapositive — la règle d'or : nombre d'électrons = nombre de protons = Z

⭐ À retenir — Atome neutre Un atome est électriquement neutre : il y a autant d'électrons que de protons. Donc e⁻ = p⁺ = Z et n⁰ = A − Z.

 

La classification périodique (Mendeleïev, 1869) répertorie tous les éléments connus. Ils sont rangés par numéro atomique croissant, en périodes (lignes) et en familles (colonnes). Chaque case donne le symbole, Z et A : c'est elle que tu utiliseras le jour de l'interrogation.

Diapositive — carbone 12, 13 et 14 : même Z = 6, nombre de neutrons différent

📘 Définition — Isotopes Deux isotopes sont des atomes du même élément (même Z, donc même nombre de protons) qui ont un nombre de neutrons différent (donc des A différents). Exemple : ¹²₆C (6 n⁰) et ¹⁴₆C (8 n⁰).

 

✏️ Exercice résolu — Atome de magnésium et ion magnésium Énoncé. La case du magnésium indique ²⁴₁₂Mg. 1) Donne la composition de l'atome. 2) L'atome perd 2 électrons : écris la formule de l'ion et donne sa composition. 1) Composition. Z = 12 → 12 protons. Atome neutre → 12 électrons. Neutrons : A − Z = 24 − 12 = 12 neutrons. 2) L'ion. Il perd 2 e⁻ : il reste 12 − 2 = 10 électrons, toujours 12 protons (le noyau ne change pas). Il y a 2 charges + de plus que de charges − : l'ion est positif, c'est un cation de formule Mg²⁺. Phrase-réponse : « L'ion magnésium Mg²⁺ contient 12 protons, 12 neutrons et 10 électrons ; c'est un cation car il a perdu deux électrons. »

 

4. Les ions

👩‍🏫 Dans le cours de ton professeur — Chap. 2 — Qu'est-ce qu'un ion ? Un ion est un atome (ou un groupe d'atomes) qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons (jusqu'à 4). Un ion n'est donc pas neutre : ●        il est positif (cation) s'il a perdu un ou des e⁻ ; ●        il est négatif (anion) s'il a gagné un ou des e⁻.

 

Diapositive — Na perd 1 électron → Na⁺ ; Cl gagne 1 électron → Cl⁻ (schéma simplifié)

Illustration — compter les charges : charge de l'ion = nombre de p⁺ − nombre de e⁻

🧭 Méthode — Écrire la formule d'un ion On écrit le symbole de l'atome, puis la charge en exposant (en petit, en haut, comme une puissance) : chiffre puis signe. ●        Atome X qui a gagné n électrons → Xⁿ⁻ ; atome Y qui a perdu m électrons → Yᵐ⁺. ●        Si un seul électron est échangé, on n'écrit pas le 1 : Na⁺, Cl⁻ (et non Na¹⁺).

 

🔎 Exemple — L'ion fer (cours du professeur) Fer : Z = 26, A = 56. Il perd 3 électrons → Fe³⁺ : 26 p⁺, 30 n⁰ et 26 − 3 = 23 e⁻.

 

Ion	Nom	Électrons échangés	p⁺	e⁻	Type
Na⁺	sodium	perd 1	11	10	cation
Mg²⁺	magnésium	perd 2	12	10	cation
Al³⁺	aluminium	perd 3	13	10	cation
Cl⁻	chlorure	gagne 1	17	18	anion
O²⁻	oxyde	gagne 2	8	10	anion

 

⚠️ Attention — Les 3 pièges classiques ●        Un ion positif n'a jamais gagné de protons : il a perdu des électrons. ●        Le nombre de protons (Z) et de neutrons ne change pas : seul le nuage électronique change. ●        Ions polyatomiques : la charge concerne tout le groupe. Exemple : SO₄²⁻ = 1 atome de soufre + 4 atomes d'oxygène, l'ensemble ayant gagné 2 électrons. Autres exemples : NO₃⁻, H₃O⁺.

 

Comment « fabriquer » des ions ? Plongés dans un solvant, certains solides dits ioniques se dissolvent et donnent une solution ionique. Exemple : le sel (solide ionique) dans l'eau (solvant) donne de l'eau salée (solution ionique contenant des ions Na⁺ et Cl⁻).

5. Dimensions, masses et puissances de 10

Diapositive — si le noyau était un ballon de 22 cm, l'atome aurait la taille d'une ville de 22 km

Diapositive — 99,97 % de la masse est dans le noyau

Grandeur	Valeur (ordre de grandeur)	À retenir
Taille d'un atome	10⁻¹⁰ m = 0,1 nm	invisible au microscope optique
Taille d'un noyau	10⁻¹⁵ m = 1 fm	100 000 fois plus petit que l'atome
Masse d'un nucléon	1,7 × 10⁻²⁷ kg	≈ 2 000 fois la masse d'un électron
Masse d'un électron	9,1 × 10⁻³¹ kg	négligeable
Masse d'un atome	≈ A × 1,7 × 10⁻²⁷ kg	carbone 12 : ≈ 2,0 × 10⁻²⁶ kg

 

Illustration — le tableau des préfixes et les deux tailles à connaître

🧭 Méthode — Écriture scientifique (fiche méthode) Un nombre en écriture scientifique s'écrit a × 10ⁿ, avec 1 ≤ a < 10 (un seul chiffre non nul avant la virgule) et n entier. ●        Grand nombre : la virgule se déplace vers la gauche → n positif. 32 000 = 3,2 × 10⁴. ●        Petit nombre : la virgule se déplace vers la droite → n négatif. 0,000 48 = 4,8 × 10⁻⁴. ●        Calculs : 10ᵃ × 10ᵇ = 10ᵃ⁺ᵇ et 10ᵃ / 10ᵇ = 10ᵃ⁻ᵇ. Exemple : 10⁻¹⁰ / 10⁻¹⁵ = 10⁻¹⁰⁺¹⁵ = 10⁵.

 

🔎 Exemple — Convertir 135 pm en mètre 1 pm = 10⁻¹² m, donc 135 pm = 135 × 10⁻¹² m = 1,35 × 10⁻¹⁰ m (on a écrit 135 = 1,35 × 10², puis 10² × 10⁻¹² = 10⁻¹⁰).

 

Fiche de révision express

Diapositive — la carte mentale de tout le chapitre

Je dois savoir	Formule / réponse type
Constituants de l'atome	noyau (p⁺ + n⁰ = nucléons) + nuage électronique (e⁻)
Z / A	Z = nombre de protons ; A = nombre de nucléons
Neutrons	n⁰ = A − Z
Atome neutre	e⁻ = p⁺ = Z
Isotopes	même Z, nombre de neutrons (donc A) différent
Ion	atome qui a gagné ou perdu des e⁻ ; p⁺ ne change jamais
Cation / anion	cation = positif = a perdu des e⁻ ; anion = négatif = a gagné des e⁻
Charge d'un ion	nombre de p⁺ − nombre de e⁻ (ex. 26 − 23 = 3+ → Fe³⁺)
Dimensions	atome ≈ 10⁻¹⁰ m ; noyau ≈ 10⁻¹⁵ m ; rapport 10⁵
Masses	m(nucléon) ≈ 1,7 × 10⁻²⁷ kg ≈ 2 000 × m(e⁻) ; masse dans le noyau
Écriture scientifique	a × 10ⁿ avec 1 ≤ a < 10 ; 10ᵃ/10ᵇ = 10ᵃ⁻ᵇ

 

Diapositive — objectif brevet 2027 : les 3 pièges à éviter

Quiz — 50 questions

Une seule bonne réponse par question. Entoure ta réponse, puis vérifie avec la grille en fin de document. Objectif : 40/50 au moins. Chaque erreur devient une carte Leitner.

A. Structure de l'atome (questions 1 à 18)

1. La matière (solide, liquide ou gazeuse) est constituée :

a) d'atomes     b) uniquement d'ions     c) uniquement d'électrons     d) uniquement de cellules

2. Un atome est constitué :

a) d'un noyau seul     b) de neutrons entourés de protons     c) d'électrons entourés de protons     d) d'un noyau entouré d'un nuage électronique

3. Les nucléons sont :

a) les électrons seulement     b) les protons et les neutrons     c) les protons et les électrons     d) les neutrons et les électrons

4. Le proton porte une charge électrique :

a) négative     b) positive     c) qui change selon l'atome     d) nulle

5. Le neutron est :

a) électriquement neutre     b) situé dans le nuage électronique     c) chargé négativement     d) chargé positivement

6. Les électrons se trouvent :

a) à l'intérieur des protons     b) collés aux neutrons     c) dans le noyau     d) autour du noyau

7. En classe, le neutron se note :

a) N⁻     b) p⁺     c) n⁰     d) e⁻

8. Le numéro atomique Z est :

a) le nombre de neutrons     b) le nombre de nucléons     c) le nombre de protons du noyau     d) la masse de l'atome

9. Le nombre de masse A est :

a) le nombre de nucléons du noyau     b) le nombre d'électrons     c) le nombre de neutrons     d) le nombre de protons

10. Le nombre de neutrons se calcule par :

a) A − Z     b) Z − A     c) A × Z     d) A + Z

11. Un atome est électriquement neutre parce que :

a) il n'a pas d'électrons     b) il a autant d'électrons que de protons     c) il a autant de neutrons que de protons     d) ses neutrons annulent toutes les charges

12. Le noyau d'un atome est globalement :

a) négatif     b) neutre     c) positif     d) tantôt positif, tantôt négatif

13. L'atome d'oxygène (Z = 8 ; A = 16) contient :

a) 16 p⁺, 8 n⁰ et 16 e⁻     b) 8 p⁺, 16 n⁰ et 8 e⁻     c) 8 p⁺, 8 n⁰ et 16 e⁻     d) 8 p⁺, 8 n⁰ et 8 e⁻

14. Le noyau de l'atome ²⁷₁₃Al contient :

a) 40 neutrons     b) 27 neutrons     c) 14 neutrons     d) 13 neutrons

15. Un atome possède 26 protons et 30 neutrons. Son nombre de masse vaut :

a) A = 4     b) A = 56     c) A = 26     d) A = 30

16. Un atome neutre possède 9 électrons. Son numéro atomique vaut :

a) Z = 19     b) on ne peut pas le savoir     c) Z = 9     d) Z = 18

17. Dans le symbole ²³₁₁Na, le nombre 23 est :

a) le nombre de neutrons     b) le nombre d'électrons     c) le nombre de masse A     d) le numéro atomique Z

18. Le symbole d'un atome s'écrit avec :

a) toujours une seule lettre minuscule     b) une majuscule, parfois suivie d'une minuscule     c) toujours deux majuscules     d) une minuscule puis une majuscule

B. Classification, isotopes, histoire (19 à 26)

19. La classification périodique des éléments a été imaginée par :

a) Thomson, en 1897     b) Lavoisier, en 1789     c) Rutherford, en 1911     d) Mendeleïev, en 1869

20. Dans la classification, les atomes sont rangés par :

a) masse décroissante     b) numéro atomique croissant     c) ordre alphabétique     d) date de découverte

21. Une ligne de la classification périodique s'appelle :

a) une famille     b) une colonne     c) un isotope     d) une période

22. Ce qui caractérise un élément chimique, c'est :

a) son nombre de masse A     b) son numéro atomique Z     c) son nombre de neutrons     d) sa couleur

23. Deux isotopes d'un même élément ont :

a) le même nombre de neutrons     b) le même A mais des Z différents     c) des symboles différents     d) le même Z mais des A différents

24. Le carbone 14 (Z = 6 ; A = 14) possède :

a) 14 neutrons     b) 8 neutrons     c) 20 neutrons     d) 6 neutrons

25. L'expérience de la feuille d'or (Rutherford, 1909-1911) montre que :

a) l'atome ne contient pas de charges     b) les électrons sont dans le noyau     c) l'atome est presque vide, avec un noyau minuscule     d) l'atome est une sphère pleine

26. Dans le modèle de Thomson (1897), l'atome est :

a) une sphère pleine positive où sont incrustés les électrons     b) un assemblage de neutrons     c) un petit système planétaire     d) un noyau entouré de vide

C. Les ions (27 à 40)

27. Un ion est :

a) un atome qui a gagné des protons     b) un atome sans noyau     c) un atome qui a perdu des neutrons     d) un atome (ou groupe d'atomes) qui a gagné ou perdu des électrons

28. Un cation est :

a) un ion positif     b) un noyau sans électrons     c) un atome neutre     d) un ion négatif

29. Un atome qui gagne des électrons devient :

a) un atome plus lourd en protons     b) un isotope     c) un anion     d) un cation

30. Quand un atome devient un ion, ce qui ne change JAMAIS, c'est :

a) le nombre de protons     b) le nombre d'électrons     c) le nombre de particules du nuage     d) la charge électrique

31. L'ion Na⁺ s'est formé quand l'atome de sodium a :

a) gagné 1 proton     b) perdu 1 proton     c) perdu 1 électron     d) gagné 1 électron

32. L'ion oxyde O²⁻ s'est formé quand l'atome d'oxygène a :

a) perdu 2 électrons     b) gagné 2 électrons     c) perdu 2 neutrons     d) gagné 2 protons

33. L'ion Mg²⁺ (Z = 12) possède :

a) 12 p⁺ et 10 e⁻     b) 12 p⁺ et 14 e⁻     c) 14 p⁺ et 12 e⁻     d) 10 p⁺ et 12 e⁻

34. L'ion chlorure Cl⁻ (Z = 17) possède :

a) 35 électrons     b) 16 électrons     c) 17 électrons     d) 18 électrons

35. L'atome de fer (Z = 26) perd 3 électrons. L'ion formé s'écrit :

a) 3Fe     b) Fe³⁻     c) Fe³⁺     d) Fe₃

36. Un ion possède 13 protons et 10 électrons. Il s'agit de :

a) Al¹⁰⁺     b) Al³⁻     c) Al³⁺     d) Al¹³⁺

37. L'ion sulfure S²⁻ (Z = 16) possède :

a) 16 électrons     b) 32 électrons     c) 14 électrons     d) 18 électrons

38. L'ion sulfate SO₄²⁻ est :

a) un atome neutre     b) un ion polyatomique positif     c) un ion polyatomique négatif     d) un ion monoatomique positif

39. L'ion H₃O⁺ est formé de :

a) 1 atome ayant gagné 3 électrons     b) 4 atomes, l'ensemble ayant perdu 1 électron     c) 4 atomes, l'ensemble ayant gagné 1 électron     d) 3 atomes ayant perdu 3 électrons

40. En dissolvant du sel dans l'eau, on obtient :

a) un métal     b) une solution sans aucun ion     c) un nouvel atome     d) une solution ionique

D. Dimensions, masses, écriture scientifique (41 à 50)

41. L'ordre de grandeur de la taille d'un atome est :

a) 10⁻³ m     b) 10⁻¹⁰ m (0,1 nm)     c) 10⁻¹⁵ m     d) 10⁻⁶ m

42. Le noyau est plus petit que l'atome environ :

a) 10 fois     b) 1 000 fois     c) 1 milliard de fois     d) 100 000 fois

43. La masse d'un atome est concentrée :

a) dans son noyau     b) dans son nuage électronique     c) dans ses électrons     d) dans le vide qui l'entoure

44. Un nucléon est plus lourd qu'un électron environ :

a) 20 fois     b) 2 000 fois     c) 2 fois     d) 2 millions de fois

45. 1 nm est égal à :

a) 10⁻⁹ m     b) 10⁻³ m     c) 10⁻⁶ m     d) 10⁻¹² m

46. En écriture scientifique, 0,000 45 s'écrit :

a) 4,5 × 10⁻⁴     b) 0,45 × 10⁻³     c) 4,5 × 10⁴     d) 45 × 10⁻⁵

47. 3,84 × 10⁸ m (distance Terre-Lune) s'écrit en décimal :

a) 3 840 000 000 m     b) 384 000 000 m     c) 0,000 000 384 m     d) 38 400 000 m

48. 250 pm est égal à :

a) 2,5 × 10⁻¹⁰ m     b) 2,5 × 10⁻⁹ m     c) 2,5 × 10⁻⁸ m     d) 2,5 × 10⁻¹² m

49. Masse approchée de l'atome de carbone 12, sachant que m(nucléon) = 1,7 × 10⁻²⁷ kg :

a) 2,0 × 10⁻²⁸ kg     b) 1,7 × 10⁻²⁷ kg     c) 1,2 × 10⁻²⁶ kg     d) 2,0 × 10⁻²⁶ kg

50. Le quotient 10⁻¹⁰ / 10⁻¹⁵ est égal à :

a) 10⁵     b) 10⁻⁵     c) 10²⁵     d) 10⁻²⁵

Épreuve type brevet 2027 — physique-chimie

Durée conseillée : 30 minutes · barème indicatif : 25 points, dont 2 points de maîtrise de la langue. Calculatrice autorisée. Toutes les réponses doivent être rédigées et justifiées ; les questions en gras sont évaluées aussi sur la qualité de la rédaction.

Exercice 1 — Une eau minérale riche en ions (12 points)

Lina lit l'étiquette d'une bouteille d'eau minérale (marque fictive « Source des Trois Pics »).

Document 1 — Composition (en mg par litre)
Calcium Ca²⁺ : 80	Hydrogénocarbonate HCO₃⁻ : 360	Chlorure Cl⁻ : 10
Magnésium Mg²⁺ : 26	Sulfate SO₄²⁻ : 14	Nitrate NO₃⁻ : 3,8
Sodium Na⁺ : 6,5	Potassium K⁺ : 1,0

 

Document 2 — Extrait de la classification : ⁴⁰₂₀Ca (calcium) · ³⁵₁₇Cl (chlore) · ²³₁₁Na (sodium).

1. Recopie et complète un tableau à deux colonnes « cations » / « anions » avec les ions du document 1. (2 pts)

2. Cite un ion monoatomique et un ion polyatomique présents dans cette eau. Justifie ton choix pour l'ion polyatomique. (2 pts)

3. Donne la composition (protons, neutrons, électrons) de l'atome de calcium. (2 pts)

4. Explique comment l'atome de calcium devient l'ion Ca²⁺, puis donne le nombre d'électrons de cet ion. (2 pts)

5. Un camarade affirme : « L'ion calcium est positif parce que l'atome a gagné deux protons. » Explique en quelques phrases pourquoi il se trompe. (2 pts)

6. Convertis en gramme la masse d'ions calcium contenue dans 1 L de cette eau, et donne le résultat en écriture scientifique. (2 pts)

Exercice 2 — L'or d'une médaille olympique (13 points)

Une médaille d'or olympique contient environ 6 g d'or. L'atome d'or a pour symbole ¹⁹⁷₇₉Au.

Document 3 — Données
Rayon de l'atome d'or	1,44 × 10⁻¹⁰ m
Rayon du noyau d'or	7,0 × 10⁻¹⁵ m
Masse d'un nucléon	1,7 × 10⁻²⁷ kg
Masse d'un électron	9,1 × 10⁻³¹ kg

 

1. Donne la composition de l'atome d'or. Justifie chaque nombre. (2 pts)

2. Réalise le schéma légendé de l'atome d'or, sur le modèle vu en classe. (2 pts)

3. Calcule le rapport rayon de l'atome / rayon du noyau. Donne un ordre de grandeur et interprète le résultat par une phrase. (2 pts)

4. Calcule la masse du noyau puis la masse de l'ensemble des électrons de l'atome d'or (résultats en écriture scientifique). (3 pts)

5. Explique pourquoi on dit que la masse de l'atome est concentrée dans son noyau, alors que le noyau n'occupe qu'une toute petite partie de l'atome. (2 pts)

6. On admet que la masse d'un atome d'or est environ celle de son noyau. Calcule le nombre d'atomes d'or contenus dans la médaille. (2 pts)

Corrigés

Grille du quiz

1-10	11-20	21-30	31-40	41-50
1 → a	11 → b	21 → d	31 → c	41 → b
2 → d	12 → c	22 → b	32 → b	42 → d
3 → b	13 → d	23 → d	33 → a	43 → a
4 → b	14 → c	24 → b	34 → d	44 → b
5 → a	15 → b	25 → c	35 → c	45 → a
6 → d	16 → c	26 → a	36 → c	46 → a
7 → c	17 → c	27 → d	37 → d	47 → b
8 → c	18 → b	28 → a	38 → c	48 → a
9 → a	19 → d	29 → c	39 → b	49 → d
10 → a	20 → b	30 → a	40 → d	50 → a

 

Barème d'autoévaluation : 45-50 : prêt(e) ! · 35-44 : revois les encadrés des questions ratées · moins de 35 : reprends le cours partie par partie avec le cycle BPS-E.

Épreuve type brevet — Exercice 1

1. Cations (ions positifs) : Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺. Anions (ions négatifs) : HCO₃⁻, SO₄²⁻, Cl⁻, NO₃⁻.

2. Ion monoatomique : par exemple Ca²⁺ (ou Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Cl⁻). Ion polyatomique : par exemple SO₄²⁻, car il est formé de plusieurs atomes (1 atome de soufre et 4 atomes d'oxygène) ; l'ensemble a gagné 2 électrons.

3. Calcium ⁴⁰₂₀Ca : Z = 20, donc 20 protons ; l'atome est neutre, donc 20 électrons ; A − Z = 40 − 20 = 20 neutrons.

4. L'atome de calcium perd 2 électrons : il garde ses 20 protons mais n'a plus que 20 − 2 = 18 électrons. Il porte donc 2 charges positives en excès : c'est le cation Ca²⁺.

5. Réponse rédigée attendue : « Mon camarade se trompe. Lors de la formation d'un ion, le noyau ne change pas : le nombre de protons reste égal à Z = 20. L'ion Ca²⁺ est positif parce que l'atome a perdu deux électrons. Il possède alors 20 charges positives et seulement 18 charges négatives, soit deux charges positives en excès. »

6. 80 mg = 80 × 10⁻³ g = 0,080 g = 8,0 × 10⁻² g.

Épreuve type brevet — Exercice 2

1. ¹⁹⁷₇₉Au : Z = 79 → 79 protons ; atome neutre → 79 électrons ; A − Z = 197 − 79 = 118 neutrons.

2. Schéma : un petit disque central légendé noyau contenant « 79 p⁺ / 118 n⁰ », entouré d'un grand cercle (pointillés) légendé nuage électronique contenant « 79 e⁻ ».

3. 1,44 × 10⁻¹⁰ / 7,0 × 10⁻¹⁵ ≈ 0,21 × 10⁵ ≈ 2 × 10⁴. Phrase : « Le rayon de l'atome d'or est environ 20 000 fois plus grand que celui de son noyau : l'atome est essentiellement constitué de vide. »

4. m(noyau) = 197 × 1,7 × 10⁻²⁷ ≈ 3,3 × 10⁻²⁵ kg. m(électrons) = 79 × 9,1 × 10⁻³¹ ≈ 7,2 × 10⁻²⁹ kg. (Le noyau est environ 4 600 fois plus lourd que l'ensemble des électrons.)

5. Réponse rédigée attendue : « Un nucléon est environ 2 000 fois plus lourd qu'un électron. Le noyau contient tous les nucléons, alors que le nuage ne contient que des électrons, de masse négligeable. Ainsi, même si le noyau est environ 100 000 fois plus petit que l'atome, il concentre presque toute sa masse (environ 99,97 %). »

6. 6 g = 6 × 10⁻³ kg. N = 6 × 10⁻³ / 3,3 × 10⁻²⁵ ≈ 1,8 × 10²² atomes d'or (soit environ 18 000 milliards de milliards d'atomes).

Maîtrise de la langue (2 pts) : phrases complètes, vocabulaire exact (proton, électron, nucléon, cation, noyau), unités écrites, raisonnement dans l'ordre « je sais que… donc… ».

Sources

●        Cours du professeur — Chap. 1 « L'atome » (07/10/2026) et Chap. 2 « À la découverte des ions » (14/10/2026), avec la classification périodique distribuée en classe.

●        Manuel de physique-chimie cycle 4, chapitre 5 « L'atome » (activités, L'essentiel, exercices).

●        Fiche méthode « Écriture scientifique et puissances de 10 » et diaporama « Voyage au cœur de la matière : l'atome ».

●        Documents BPS-E existants : « L'atome » (3-3) et « L'atome et les ions — exercice résolu de l'iridium ».

●        Ministère de l'Éducation nationale — modalités du diplôme national du brevet, session 2027 : education.gouv.fr