34 première partie La chimie de la vie
sont des variantes d’espèces ancestrales devenues capables de
survivre dans ce type de sols. Après une sélection naturelle,
ces espèces ont réussi à coloniser ces lieux inhospitaliers.
retour sur le ConCept 2.1
1. FAItes des lIens Reportez-vous à la discussion
sur les propriétés émergentes au chapitre 1 (p. 3).
Expliquez pourquoi le sel de table possède des
propriétés émergentes.
2. Un élément trace est-il un élément essentiel ?
Expliquez votre réponse.
3. Le fer est un élément trace nécessaire aux humains
pour le bon fonctionnement de l’hémoglobine, la
molécule qui transporte l’oxygène dans les globules
rouges. Quels seraient les effets d’une carence en fer ?
4. FAItes des lIens Reportez-vous à la discussion sur
la sélection naturelle au chapitre 1 (p. 15 et 16) et
expliquez comment elle pourrait avoir joué un rôle
dans l’évolution des espèces capables de croître dans
les sols de serpentine.
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
2.2
Les propriétés d’un élément
sont déterminées par la structure
de ses atomes
Chaque élément est constitué d’un type d’atome qui lui est
propre. L’atome est la plus petite unité de matière possédant
les mêmes propriétés que l’élément auquel il appartient. Il est
si petit qu’il en faudrait environ un million pour tracer le diamètre du point imprimé à la fin de cette phrase. On emploie
le même symbole pour désigner l’atome et l’élément dont il
fait partie. Par exemple, le symbole C représente aussi bien
l’élément carbone qu’un seul atome de carbone.
Les particules élémentaires
Bien qu’il soit la plus petite unité possédant les propriétés
d’un élément, l’atome est formé de parties encore plus petites,
appelées particules élémentaires. Selon les physiciens, l’atome
comporte plus d’une centaine de types de particules, mais
seulement trois méritent notre attention : les neutrons, les
protons et les électrons. Les protons et les électrons ont
une charge électrique. Chaque proton possède une unité de
charge positive, et chaque électron, une unité de charge négative. Quant au neutron, il est, comme son nom l’indique,
électriquement neutre.
Les protons et les neutrons se trouvent au centre de l’atome
et forment un noyau dense, appelé noyau atomique ; les
protons confèrent au noyau une charge positive. Les électrons,
eux, forment une espèce de nuage de charge négative autour
du noyau, et c’est l’attraction entre les charges opposées qui
retient ceux-ci dans le voisinage du noyau. La figure 2.5
montre en exemple deux modèles couramment utilisés de la
structure d’un atome d’hélium.
Le neutron et le proton possèdent une masse presque
identique, de l’ordre de 1,7 3 10
224
gramme (g). Les grammes
et les autres conventions d’unités ne sont pas très utiles pour
décrire des objets aussi minuscules. Par conséquent, pour les
atomes et les particules élémentaires (et pour les molécules
également), on utilise une unité de mesure appelée dalton,
nommée en l’honneur de John Dalton, le scientifique britannique qui a contribué au développement de la théorie
atomique autour de 1800. (Le dalton est la même chose que
l’unité de masse atomique, ou amu, une unité avec laquelle
vous avez peut-être fait connaissance dans une autre discipline.) Les neutrons et les protons possèdent des masses autour
de 1 dalton. Comme la masse d’un électron ne représente
qu’environ 1⁄2 000 de celle d’un neutron ou d’un proton, on
peut l’ignorer lorsqu’on calcule la masse totale d’un atome.
Le numéro atomique et le nombre de masse
Les atomes des différents éléments se distinguent par le
nombre de particules élémentaires qu’ils contiennent. Tous les
atomes d’un même élément ont un nombre égal de protons
dans leur noyau. Ce nombre est appelé numéro atomique.
Il est placé en indice à gauche du symbole de l’élément. Par
exemple, l’abréviation 2 He montre que chaque atome d’hélium
a deux protons dans son noyau. À moins d’une indication
contraire, un atome est électriquement neutre, c’est-à-dire qu’il
a autant de protons que d’électrons. En conséquence, dans un
atome électriquement neutre, le numéro atomique indique à
la fois le nombre de protons et le nombre d’électrons.
Il est possible de déduire le nombre de neutrons à partir
du nombre de masse. Ce dernier correspond à la somme
des protons et des neutrons contenus dans le noyau d’un
atome. Il est exprimé au moyen d’un exposant placé à gauche
du symbole de l’élément. Par exemple, pour désigner un
atome d’hélium, on peut employer l’abréviation
4
2 He. Puisque
le numéro atomique indique le nombre de protons, il est
m Figure 2.5 Deux modèles simplifiés d’un atome d’hélium (He).
Le noyau de l’hélium comporte deux neutrons (en brun) et deux protons
(en rose). Deux électrons (en jaune) sont situés à l’extérieur du noyau.
Ces modèles ne sont pas à l’échelle ; la taille du noyau est très exagérée
par rapport à celle du nuage d’électrons.
(a)
(b)
–
–
Nuage de charge
négative (2 électrons)
Les deux électrons sont
représentés par un nuage
de charge négative.
Dans ce modèle plus simplifié,
les électrons sont représentés
par de petites sphères jaunes
sur un cercle autour du noyau.
Noyau
Électrons
+
+
+
+
sont des variantes d’espèces ancestrales devenues capables de
survivre dans ce type de sols. Après une sélection naturelle,
ces espèces ont réussi à coloniser ces lieux inhospitaliers.
retour sur le ConCept 2.1
1. FAItes des lIens Reportez-vous à la discussion
sur les propriétés émergentes au chapitre 1 (p. 3).
Expliquez pourquoi le sel de table possède des
propriétés émergentes.
2. Un élément trace est-il un élément essentiel ?
Expliquez votre réponse.
3. Le fer est un élément trace nécessaire aux humains
pour le bon fonctionnement de l’hémoglobine, la
molécule qui transporte l’oxygène dans les globules
rouges. Quels seraient les effets d’une carence en fer ?
4. FAItes des lIens Reportez-vous à la discussion sur
la sélection naturelle au chapitre 1 (p. 15 et 16) et
expliquez comment elle pourrait avoir joué un rôle
dans l’évolution des espèces capables de croître dans
les sols de serpentine.
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
2.2
Les propriétés d’un élément
sont déterminées par la structure
de ses atomes
Chaque élément est constitué d’un type d’atome qui lui est
propre. L’atome est la plus petite unité de matière possédant
les mêmes propriétés que l’élément auquel il appartient. Il est
si petit qu’il en faudrait environ un million pour tracer le diamètre du point imprimé à la fin de cette phrase. On emploie
le même symbole pour désigner l’atome et l’élément dont il
fait partie. Par exemple, le symbole C représente aussi bien
l’élément carbone qu’un seul atome de carbone.
Les particules élémentaires
Bien qu’il soit la plus petite unité possédant les propriétés
d’un élément, l’atome est formé de parties encore plus petites,
appelées particules élémentaires. Selon les physiciens, l’atome
comporte plus d’une centaine de types de particules, mais
seulement trois méritent notre attention : les neutrons, les
protons et les électrons. Les protons et les électrons ont
une charge électrique. Chaque proton possède une unité de
charge positive, et chaque électron, une unité de charge négative. Quant au neutron, il est, comme son nom l’indique,
électriquement neutre.
Les protons et les neutrons se trouvent au centre de l’atome
et forment un noyau dense, appelé noyau atomique ; les
protons confèrent au noyau une charge positive. Les électrons,
eux, forment une espèce de nuage de charge négative autour
du noyau, et c’est l’attraction entre les charges opposées qui
retient ceux-ci dans le voisinage du noyau. La figure 2.5
montre en exemple deux modèles couramment utilisés de la
structure d’un atome d’hélium.
Le neutron et le proton possèdent une masse presque
identique, de l’ordre de 1,7 3 10
224
gramme (g). Les grammes
et les autres conventions d’unités ne sont pas très utiles pour
décrire des objets aussi minuscules. Par conséquent, pour les
atomes et les particules élémentaires (et pour les molécules
également), on utilise une unité de mesure appelée dalton,
nommée en l’honneur de John Dalton, le scientifique britannique qui a contribué au développement de la théorie
atomique autour de 1800. (Le dalton est la même chose que
l’unité de masse atomique, ou amu, une unité avec laquelle
vous avez peut-être fait connaissance dans une autre discipline.) Les neutrons et les protons possèdent des masses autour
de 1 dalton. Comme la masse d’un électron ne représente
qu’environ 1⁄2 000 de celle d’un neutron ou d’un proton, on
peut l’ignorer lorsqu’on calcule la masse totale d’un atome.
Le numéro atomique et le nombre de masse
Les atomes des différents éléments se distinguent par le
nombre de particules élémentaires qu’ils contiennent. Tous les
atomes d’un même élément ont un nombre égal de protons
dans leur noyau. Ce nombre est appelé numéro atomique.
Il est placé en indice à gauche du symbole de l’élément. Par
exemple, l’abréviation 2 He montre que chaque atome d’hélium
a deux protons dans son noyau. À moins d’une indication
contraire, un atome est électriquement neutre, c’est-à-dire qu’il
a autant de protons que d’électrons. En conséquence, dans un
atome électriquement neutre, le numéro atomique indique à
la fois le nombre de protons et le nombre d’électrons.
Il est possible de déduire le nombre de neutrons à partir
du nombre de masse. Ce dernier correspond à la somme
des protons et des neutrons contenus dans le noyau d’un
atome. Il est exprimé au moyen d’un exposant placé à gauche
du symbole de l’élément. Par exemple, pour désigner un
atome d’hélium, on peut employer l’abréviation
4
2 He. Puisque
le numéro atomique indique le nombre de protons, il est
m Figure 2.5 Deux modèles simplifiés d’un atome d’hélium (He).
Le noyau de l’hélium comporte deux neutrons (en brun) et deux protons
(en rose). Deux électrons (en jaune) sont situés à l’extérieur du noyau.
Ces modèles ne sont pas à l’échelle ; la taille du noyau est très exagérée
par rapport à celle du nuage d’électrons.
(a)
(b)
–
–
Nuage de charge
négative (2 électrons)
Les deux électrons sont
représentés par un nuage
de charge négative.
Dans ce modèle plus simplifié,
les électrons sont représentés
par de petites sphères jaunes
sur un cercle autour du noyau.
Noyau
Électrons
+
+
+
+