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Cette longue rubrique, se décline en trois pages :

1. L'introduction et les particules :

  • Fermions

  • Leptons

  • Nucléons

 

2. L'atome et les éléments chimiques

3. Les molécules

 

 

 
 
 

Pour étudier la minéralogie il  est important de bien connaître la structure de la matière, cette page est un rappel de quelques principes de base de la chimie moléculaire.

Tous les corps dans l'univers sont composés de molécules (10 -7)composées d'atomes infiniment petits (10 -8 mm). Par exemple dans une petite goutte d'eau d'un centième de gramme, il y a environ 30 000 000 000 000 d'atomes d'oxygène et 60 000 000 000 000 d'atomes d'hydrogène.

La matière est donc un ensemble des molécules qui sont elles même un assemblage d'atome mais en agrandissant les atomes on a découvert que chaque atomes est une ensemble de particules, des nucléons les protons et les neutrons qui forment un noyau et des électrons qui sont des leptons en orbites autour du noyau. En agrandissant encore on a découvert que les nucléons sont eux mêmes un assemblage de particules des fermions appelés quark soudés entre eux par des particules fondamentales des bosons de force forte que l'on a nommé gluons.

Les électrons, particules du type lepton dont la charge électrique est négative. ils forment un nuage électronique autour des noyaux d'atomes.

Les schémas montrant les électrons en orbites autour des noyaux d'atomes sont une simplification.

Les électrons autour d’un atome n’ont pas réellement de position définie. Ils forment une sorte de nuage autour du noyau, et ils sont constamment à tous les endroits à la fois, avec des probabilités bien définies toutefois. On ne peut pas parler de position, ou de quantité de mouvement, pour une particule, mais seulement de densité de probabilité de présence. Ces probabilités sont calculables avec une énorme précision, grâce à l’équation de Schrödinger. Mais on ne peut jamais dire où se trouve un électron à un instant donné.

C'est pourquoi l'on parle d'orbitale plutôt que d'orbite de l'électron, l'orbitale est la distribution de probabilité de position de l'électron. Pour se faire une image, on a calculé des vitesses prodigieuses d'environ 7.1015 (sept millions de milliards) de révolutions par seconde.

Simplification

Un atome peut avoir jusqu'à 7 orbitales d'électrons désignées par les lettres K à Q du niveau inférieur au niveau supérieur.
Chaque orbitale peut recevoir un maximum d'électrons ainsi répartis :

  1. K maximum 2

  2. L max 8

  3. M max 18

  4. N max 32

  5. O max 32

  6. P max 18

  7. Q max 8

La couche K est la seule couche électronique commune à tous les éléments. Ainsi, le nombre de couches électroniques d'un atome dépend du nombre d'électrons de cet atome. Mais la capacité des couches électroniques d'un atome ne laisse pas présager de la répartition par couche de ses électrons. En effet, seuls les 18 premiers éléments chimiques du tableau périodique (de l'hydrogène [Z = 1] à l'argon [Z = 18] suivent un remplissage linéaire tendant vers la saturation de leurs couches électroniques (K, L et M).

Les électrons d’un atomes peuvent avoir plusieurs rôles au sein d’une structure d’atomes :
 

  1.     électrons de cœur : ceux-ci sont proche du noyau et n’interagissent pas vraiment avec les autres atomes ;

  2.    électrons de valence : ceux-ci sont sur les couches externes de l’atome et permettent de créer des liaisons interatomiques et de former les molécules ;

  3.    électrons de conduction : ceux-ci sont responsables de la circulation du courant électrique.

Les Quarks sont les plus petits composants de la matière, connus de nos jours. Alors que l'Univers n'a qu'une seconde d'existence ils vont former les nucléons, appelés protons (de charge électrique positive) et neutrons (sans charge électrique). Ils sont liés entre eux par l'interaction forte de petites particules, les gluons.

Animation de l'onde de l'hydrogène
Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication

DÉCOUVERTE Mai 2018

Sources :
Jefferson Lab, Newport News, VA 23606, États-Unis
Wikipedia

Les noyaux des atomes sont un assemblage de deux sortes de particules, les nucléons en langage populaire ou plus scientifiquement baryons :

  • Les protons qui ont une charge électrique positive. Le nombre de protons d'un atome est son "numéro atomique" que l'on notera avant le symbole en bas, ex : 1H (hydrogène), 2He (hélium), 8O (oxygène)...

  • Les neutrons qui n'ont pas de charge électrique. 

Un proton est formé de deux quarks Up et un quark Down liés par des gluons,

sa charge électrique = 2/3+2/3-1/3 = 3/3 = +1

elle est donc positive


Un neutron est formé de deux quarks d et un quark u,

sa charge électrique = 2/3-1/3-1/3 = 0/3 = 0 

elle est donc neutre

Il existe beaucoup d'autres particules mais il n'est pas nécessaire d'en parler dans le cadre qui nous intéresse, nous laisserons donc de coté les photons, mésons etc.

Travailler sérieusement sans se prendre au sérieux !

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