Définition et exemples d'Atom

Un atome est la structure qui définit un élément, qui ne peut être brisé par aucun moyen chimique. Un atome typique se compose d'un noyau de protons chargés positivement et de neutrons électriquement neutres avec des électrons chargés négativement en orbite autour de ce noyau. Cependant, un atome peut être constitué d'un seul proton (c'est-à-dire, l'isotope du protium de l'hydrogène) en tant que noyau. Le nombre de protons définit l'identité d'un atome ou de son élément.

Taille, masse et charge de l'atome

La taille d'un atome dépend du nombre de protons et de neutrons qu'il possède, ainsi que de la présence ou non d'électrons. Une taille d'atome typique est d'environ 100 picomètres, soit environ un dix milliardième de mètre. La majeure partie du volume est un espace vide, avec des régions dans lesquelles des électrons peuvent être trouvés. Les petits atomes ont tendance à être symétriques sphériquement, mais ce n'est pas toujours le cas pour les atomes plus gros. Contrairement à la plupart des diagrammes d'atomes, les électrons n'orbitent pas toujours autour du noyau en cercles.

Les atomes peuvent varier en masse de 1,67 x 10^-27 kg (pour l'hydrogène) à 4,52 x 10^-25 kg pour les noyaux radioactifs superlourds. La masse est presque entièrement due aux protons et aux neutrons, car les électrons contribuent à la masse négligeable d'un atome.

Un atome qui a un nombre égal de protons et d'électrons n'a pas de charge électrique nette. Un déséquilibre dans le nombre de protons et d'électrons forme un ion atomique. Ainsi, les atomes peuvent être neutres, positifs ou négatifs.

Découverte

Le concept selon lequel la matière pourrait être constituée de petites unités existe depuis la Grèce antique et l'Inde. En fait, le mot «atome» a été inventé dans la Grèce antique. Cependant, l'existence d'atomes n'a pas été prouvée avant les expériences de John Dalton au début des années 1800. Au 20e siècle, il est devenu possible de «voir» des atomes individuels en utilisant la microscopie à effet tunnel.

Alors que l'on croit que les électrons se sont formés aux tout premiers stades de la formation du Big Bang de l'univers, les noyaux atomiques ne se sont formés que peut-être trois minutes après l'explosion. À l'heure actuelle, le type d'atome le plus courant dans l'univers est l'hydrogène, bien qu'avec le temps, des quantités croissantes d'hélium et d'oxygène existeront, dépassant probablement l'hydrogène en abondance.

Antimatière et atomes exotiques

La majeure partie de la matière rencontrée dans l'univers est constituée d'atomes à protons positifs, de neutrons neutres et d'électrons négatifs. Cependant, il existe une particule d'antimatière pour les électrons et les protons avec des charges électriques opposées.

Les positrons sont des électrons positifs, tandis que les antiprotons sont des protons négatifs. Théoriquement, des atomes d'antimatière peuvent exister ou être créés. L'antimatière équivalente à un atome d'hydrogène (antihydrogène) a été produite au CERN, l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, à Genève en 1996. Si un atome régulier et un anti-atome devaient se rencontrer, ils s'anéantiraient, tout en libérant énergie considérable.

Des atomes exotiques sont également possibles, dans lesquels un proton, un neutron ou un électron est remplacé par une autre particule. Par exemple, un électron pourrait être remplacé par un muon pour former un atome muonique. Ces types d'atomes n'ont pas été observés dans la nature, mais peuvent être produits en laboratoire.

Exemples d'atomes

• hydrogène
• carbone-14
• zinc
• césium
• tritium
• Cl^- (une substance peut être à la fois un atome et un isotope ou un ion)

Des exemples de substances qui ne sont pas des atomes comprennent l'eau (H₂O), sel de table (NaCl) et ozone (O₃). Fondamentalement, tout matériau dont la composition comprend plus d'un symbole d'élément ou qui a un indice après un symbole d'élément est une molécule ou un composé plutôt qu'un atome.