Les électrons et la chimie

L'électron est noté en physique e^-.

Normalement, l'atome a autant d'électrons (de charge -) que de protons (de même charge +). L'atome est donc globalement neutre au niveau des charges électriques.

• S'il perd un ou plusieurs électrons, un atome deviendra un ion positif ou CATION.
• S'il gagne un ou plusieurs électrons, il deviendra un ion négatif ou ANION.

De même, un atome de carbone C peut perdre deux électrons et devenir un cation avec deux charges positives excédentaires, il sera noté C²⁺. Par contre, s'il gagne un électron supplémentaire, il deviendra un anion C^-.

Liaisons chimiques

Les électrons sont organisés en couches successives autour du noyau selon des règles de remplissage très strictes et définies par une loi quantique qui sera exposée plus loin (loi d'exclusion de Pauli).
L'important est de retenir que ce sont les électrons les plus externes qui sont responsables de toute la chimie, car ce sont eux qui peuvent relier entre eux deux atomes différents en créant des liaisons chimiques. Par exemple, deux atomes peuvent chacun mettre en commun un de leurs électrons et ainsi créer ce qu'on appelle une liaison chimique covalente. Grâce à de telles liaisons, les atomes peuvent s'assembler en molécules de diversité et de complexité infinie.
 

Molécules et macromolécules

Les molécules sont les assemblages qui sont à la base de la matière inerte et  vivante.
Dès que le nombre d'atomes d'une molécule se chiffre par plusieurs centaines, on parle de macromolécules. Certains polymères peuvent comprendre plusieurs millions d'atomes!
En biochimie (ou chimie de la matière organique), les molécules, telles les protéïnes, les lipides, les glucides ou les acides nucléiques (constituants de l'ADN, lui-même support du code génétique) s'organisent en superstructures (organites cellulaires); ces dernières sont les  constituants de la cellule vivante, entité de base de tout organisme vivant.

La molécule d'eau, une des plus simples, est formée d'un atome d'oxygène et de deux atomes d'hydrogène.

Comment s'imaginer l'atome classique?

Imaginez que le noyau de l'hydrogène (un seul proton) mesure 1 millimètre:
il serait ainsi grossi mille milliards de fois (grossissement de 1.000.000.000.000 x) !

• il pèserait 1,7 millions de tonnes !
• son unique électron aurait: *un diamètre inférieur à 1 millième de millimètre (= 1 micron) !
•                                             *une masse de 900 tonnes !
• cet électron graviterait à 50 mètres du noyau, d'où un diamètre de l'atome de 100 mètres.

Le volume du noyau étant un million de milliards de fois plus petit que celui de l'atome;
le volume de l'atome est donc constitué d'au moins 99,9999999999999 % de vide!

(source: David Calvet du CNRS Marseille, labo in2p3 un site web de référence sur la physique nucléaire, d'une très grande clarté).
 

Peut-on "voir" un atome?

Depuis peu et indirectement oui, et à l'aide de deux microscopes ultrapuissants:

• Le MET ou microscope électronique à transmission. Il permet d'étudier la structure interne de la matière à l'échelle du nanomètre (10 ^-9 m). Les rangées atomiques deviennent donc visibles. Par exemple, cette photo d'un cristal de formule SrTiO3 nous permet d'admirer la présence d'atomes de Strontium (Sr) en surbrillance.

• Le microscope à effet tunnel permet de "palper" les aspérités d'une surface, atome par atome. Une de ses variantes, le microscope à force atomique, permet même de déposer des atomes un par un sur une surface. C'est ainsi que le logo IBM a été écrit avec des atomes de Xénon

crazyflash: LA FAMILLE ATOMIQUE: ménage à trois

L'atome est une famille nucléaire formée de trois membres turbulents: Le proton, de tempérament très positif, est le chef de clan mais il n'en fait pas un fromage. Malgré tout, c'est lui qui fait l'atome de sa voix ! Le neutron, un peu suisse, reste neutre et est très attaché au proton. Il est un peu travello et adore faire "Lyse au top". Protons et neutrons forment les nucléons du noyau: Ils sont souvent réunis ensemble à plusieurs (jusqu'à 113 familles) avec leurs clones. Les moutards, ou électrons, sont des hyperactifs toujours en mouvement autour du noyau. Ils ont un fond assez négatif (par opposition avec le pére-proton) et fuguent souvent. Ils sont la désillus-ION de leurs parents. Cependant, leur coté hippie les pousse à relier tous les atomes frères du monde.