Protons
Leur nombre est le numéro atomique. C’est lui qui détermine l’élément.
Atome · identité d’un élément
Numéro atomique
Le numéro atomique, noté Z, correspond au nombre de protons contenus dans le noyau. Il permet d’identifier sans ambiguïté un élément chimique : un noyau qui possède 6 protons appartient au carbone ; avec 8 protons, il s’agit de l’oxygène.
6CCarboneZ = 6
L’idée essentielle
Le nombre de protons détermine l’élément chimique
Le noyau d’un atome contient des protons et, dans la plupart des nucléides, des neutrons. Le numéro atomique compte uniquement les protons. On le représente par la lettre Z dans les formules et dans l’écriture symbolique d’un nucléide. Deux atomes qui possèdent le même nombre de protons appartiennent donc au même élément chimique.
Le nombre de neutrons peut varier sans changer l’identité de l’élément : on obtient alors des isotopes. Le nombre d’électrons peut lui aussi changer lorsqu’un atome devient un ion. En revanche, modifier le nombre de protons revient à passer à un autre élément du tableau périodique.
Électrons
Pour un atome neutre, il y a autant d’électrons que de protons. Un ion possède, lui, un nombre d’électrons différent.
Neutrons
Ils contribuent à la masse du noyau, mais pas au numéro atomique. Des nombres de neutrons différents donnent des isotopes.
Exemple guidé
Un noyau possède 11 protons. Que peut-on affirmer sans autre information ?
11NaSodium
1. Le noyau contient 11 protons : son numéro atomique est donc 11.
2. Dans le tableau périodique, le numéro 11 correspond au sodium (Na). L’élément est désormais identifié.
3. Si l’on précise que l’atome est neutre, il possède également 11 électrons. Cette égalité vient de la neutralité électrique ; ce n’est pas elle qui définit le sodium.
4. Avec ces seules informations, on ne connaît pas encore le nombre de neutrons. Pour le calculer, il faut connaître le nombre de masse ou l’isotope considéré.
Ne pas confondre
Numéro atomique, nombre de masse et neutrons : trois informations différentes
Numéro atomique. Il identifie l’élément.
Nombre de masse : protons + neutrons pour un nucléide donné.
Nombre de neutrons. On a donc N = A − Z.
Exemple · carbone-14
Que signifie ¹⁴₆C ?
14C6
Le nombre placé en bas, 6, est le numéro atomique : le noyau possède 6 protons et appartient donc au carbone (C). Le nombre placé en haut, 14, est le nombre de masse : il compte l’ensemble des protons et des neutrons du noyau.
Le nombre de neutrons vaut N = A − Z = 14 − 6 = 8. Le carbone-12 et le carbone-14 ont le même Z = 6 : ce sont deux isotopes du carbone.
Mini-laboratoire
Changez Z et observez ce qui change vraiment
Déplacez le curseur pour modifier le nombre de protons. Chaque valeur correspond à un élément différent du tableau périodique. Le nombre d’électrons affiché est celui d’un atome neutre : il est alors égal au nombre de protons.
6CCarbone
Protons6
Électrons si neutre6
ÉlémentCarbone
Mise en pratique
Trois questions rapides
Z = 8 : quel élément ?
Voir la correction
Z = 8 signifie 8 protons. L’élément de numéro atomique 8 est l’oxygène, symbole O.
Un ion Na⁺ possède-t-il toujours Z = 11 ?
Voir la correction
Oui. La charge Na⁺ provient d’un changement du nombre d’électrons. Le noyau conserve 11 protons : Z reste donc égal à 11.
¹³₆C et ¹⁴₆C : même élément ?
Voir la correction
Oui. Les deux noyaux ont Z = 6, donc 6 protons. Ils appartiennent tous les deux au carbone, mais n’ont pas le même nombre de neutrons : ce sont deux isotopes.
Du numéro atomique au tableau périodique
Pourquoi les éléments sont-ils rangés dans cet ordre ?
Le tableau périodique des éléments est ordonné par numéro atomique croissant. L’hydrogène possède 1 proton, l’hélium 2, le lithium 3, et ainsi de suite jusqu’aux éléments les plus lourds. Ce classement relie directement la structure du noyau à la position de chaque élément dans le tableau.
Le numéro atomique ne suffit toutefois pas à expliquer toute la chimie. La manière dont les électrons se répartissent autour du noyau permet ensuite de comprendre pourquoi certaines propriétés réapparaissent périodiquement d’une colonne à l’autre.
À retenir
Z = protons = identité de l’élément. Pour un atome neutre, le nombre d’électrons vaut aussi Z, mais cette égalité disparaît lorsqu’un ion se forme. Les isotopes, eux, conservent le même Z et diffèrent par leur nombre de neutrons.