Titre, structure de la matière.
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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.

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Des fermions a la matiere

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.

Notion de grandeur dans la matière

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.

La composition chimique de la matière
Particules.
Tableau des quarks

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

Ce sont les électrons qui sont responsables des propriétés chimiques des atomes. La configuration électronique détermine les types d’atomes qui peuvent être liés à d’autres, la force et le type de la liaison. Donc, nous allons aborder l’étude des électrons et de la configuration électronique des atomes.

Dans l'atome tel que l'imaginais Niels Henrik David Bohr, physicien danois 1885-1962, les électrons « gravitent » autour du noyau en « couches », notées à partir de la première K, L, M, N, O, p, Q. Chaque couche peut contenir un certains nombres d’électrons. les couches associée à un nombre quantique principal, n, où nK =1, nL = 2, nM = 3, nN = 4, nO = 5, nP = 6, nQ = 7.

Le nombre d’électrons dans chaque couche est contrôlé par le nombre quantique principal suivant la relation : # électrons = 2n²

Donc, la couche K peut contenir 2 électrons, la couche L 8 électrons, la couche M 18 , la couche N 32, la couche O 50, la couche P 72 et la couche Q 98. En fait les couches O, P et Q ne sont jamais totalement remplies. L'Oganesson (Og), élément de synthèse de numéro atomique le plus élevé (Z = 118), ne comporte que 32 électrons sur la couche O, 18 sur la couche P et 8 sur la couche Q.

Orbitales, de l'atome de Bohr.
Niels Bohr, 1885-1922.jpg

La couche K[1] est la seule couche électronique commune à tous les éléments., cette couche est celle où les électrons disposent de l’énergie la plus faible et où ils sont donc aussi les plus stables. Les électrons de la couche L sont aussi stables que ceux de la couche K, ensuite la stabilité décroit de couche en couche. 

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).

La couche externe d’un atome est la dernière de ses couches accueillant des électron lorsqu’il se trouve dans son état fondamental (le plus stable), elle constitue la limite entre l’atome et l’espace extérieur. C’est cette couche et ses électrons qui sont amenés à interagir avec les autres entités chimiques.

Cette couche est d’une importance capitale pour expliquer et prévoir les caractéristiques chimiques d’un atome et elle permet en particulier de déterminer:

  • quels ions[2] stables un atome peut former ;

  • le nombre de liaisons chimiques covalentes qu’il peut établir au sein d’une molécule ;

  • la réactivité c’est à dire sa tendance à réagir (ou pas).

 

Les électrons des couches externes possèdent une énergie plus élevée que ceux des couches internes, car ils libèrent plus d’énergie