Qu'est-ce qu'un numéro atomique?
Le numéro atomique est le nombre de protons - des particules chargées positivement - dans le noyau, un atome d'un élément chimique. Les éléments se distinguent les uns des autres par le nombre de particules dont ils disposent. Chaque élément possède donc son propre numéro atomique. Les propriétés chimiques d'un élément sont déterminées par son nombre d'électrons, mais dans un atome neutre, cela correspond au nombre de protons. Les atomes peuvent toutefois gagner ou perdre des électrons pour former des ions chargés négativement ou positivement. Le nombre atomique est donc défini comme le nombre de protons, car il est toujours le même pour un élément donné.
Nombre atomique, nombre de masse et poids atomique
Il est possible de confondre ces valeurs, mais elles sont bien distinctes les unes des autres. Les atomes sont constitués d'un noyau contenant des protons chargés positivement et des neutrons électriquement neutres, des électrons gravitant autour d'une certaine distance. Les protons et les neutrons sont relativement lourds et de poids similaire, mais les électrons sont beaucoup plus légers et contribuent très peu au poids d'un atome. Le nombre de masse d'un atome est le nombre de protons plus le nombre de neutrons et est presque égal au poids de l'atome.
Le nombre de neutrons dans un élément peut varier. Les formes d'un élément avec un nombre différent de neutrons sont appelées isotopes . Par exemple, la forme la plus commune d'hydrogène a un proton et pas de neutrons, mais il existe deux autres isotopes de l'hydrogène, le deutérium et le tritium, avec respectivement un et deux neutrons. Les éléments naturels sont souvent des mélanges de différents isotopes. Le carbone est un autre exemple, constitué d’isotopes de masse 12, 13 et 14. Ils ont tous six protons, mais ils ont respectivement six, sept et huit neutrons.
Bien que les chimistes du 19ème siècle aient établi de bonnes approximations des poids atomiques des éléments connus, les calculs précis ne sont pas toujours simples, en raison de la présence de différents isotopes dans des proportions variables. Souvent, le poids atomique est déterminé en tant que moyenne, sur la base de l'abondance relative des isotopes. Certains isotopes étant instables et se transformant au fil du temps en d’autres éléments, les poids atomiques peuvent varier et peuvent être représentés sous forme de plage plutôt que de valeur unique. Les isotopes sont généralement représentés avec le numéro atomique en bas à gauche du symbole chimique et le numéro de la masse, ou poids atomique approximatif, en haut à droite. Par exemple, le carbone 13 serait représenté par 6 C 13 .
Le tableau périodique
Dans les années 1860, le chimiste russe Dimitri Mendeleev travailla sur un tableau des éléments connus à ce moment-là, les classant initialement par ordre de poids atomique et les rangeant par rangées regroupant des éléments ayant des propriétés chimiques similaires. D'autres chimistes avaient déjà remarqué que les propriétés des éléments, lorsqu'elles étaient classées par poids, avaient tendance à se répéter à des intervalles plus ou moins réguliers. Par exemple, le lithium, le sodium et le potassium sont tous des métaux réactifs qui se combinent de manière similaire avec des non-métaux, tandis que l'hélium, le néon et l'argon sont des gaz totalement non réactifs. Pour cette raison, la liste de Mendeleev est devenue connue sous le nom de tableau périodique.
La première version de Mendeleev a bien fonctionné, mais il y avait quelques incohérences. Par exemple, énumérés par ordre de poids, l’iode a précédé le tellure. Le problème était qu’il regroupait l’iode avec l’oxygène, le soufre et le sélénium et le tellure avec le fluor, le chlore et le brome. Selon leurs propriétés chimiques, l'inverse aurait dû être le cas, alors avant de publier son tableau en 1869, Mendeleev échangeait simplement ces éléments. Ce n'est toutefois qu'au début du 20ème siècle que la raison de ces incohérences a été révélée.
En 1913, le physicien HGJ Moseley établit une relation entre les longueurs d'onde des rayons X produits par différents éléments et leur séquence dans le tableau périodique. Comme la structure de l'atome a été révélée par d'autres expériences à cette époque, il est devenu évident que cette relation dépendait du nombre de protons dans le noyau d'un élément, en d'autres termes, de son numéro atomique. Le tableau périodique pourrait alors être ordonné par ce nombre, en plaçant les propriétés chimiques observées des éléments sur une base théorique solide. Les incohérences occasionnelles dans le tableau d'origine étaient dues au fait que les variations du nombre de neutrons pouvaient parfois donner à un élément une masse atomique supérieure à celle d'un autre élément possédant un numéro atomique supérieur.
Le tableau périodique moderne montre les éléments dans des boîtes disposées en rangées et en colonnes, avec un numéro atomique croissant le long de chaque rangée. Chaque colonne regroupe des éléments ayant des propriétés chimiques similaires. Les colonnes sont déterminées par le nombre et la disposition des électrons dans les atomes, eux-mêmes déterminés par le nombre de protons. Chaque case contient normalement le symbole chimique de l'élément, avec le numéro atomique ci-dessus.