Cours Stage - Les entités chimiques

Exercice - Atomes et fluor

L'énoncé

Le fluor est utilisé dans la plupart des dentifrices car il réduit le risque de caries.

L’atome de fluor est noté ${^{19}_{?}F}$.

On se souviendra des masses suivantes :

Masse du proton : $m_p=1,673.10^{-27}kg$.

Masse du neutron : $m_n=1,675.10^{-27}kg$.

Masse de l'électron : $m_e=9,109.10^{-31}kg$.


Question 1

Recherche dans la table périodique des éléments le numéro atomique de $F$.

Le numéro atomique du fluor est 9, on note ${^{19}_{9}F}$.

1920px-Tableau_périodique_des_éléments.svg

Question 2

Quelle est la masse d’un noyau de fluor ?

La masse du noyau correspond à la masse totale des protons et des neutrons (données en annexe).

Le calcul est donc : $M_{noyau}=9\times m_p+10\times m_n$

Ce qui donne donc $M_{noyau}=9\times 1,673.10^{-27}+10\times 1,673.10^{-27}=3,18.10^{-26}kg.$

Question 3

Quelle est la masse de son cortège électronique ? Sont-elles comparables ?

La masse du cortège électronique est la masse de tous les électrons. 

On a donc $M_{électrons}= 9\times m_e=9\times 9,109.10^{-31} = 8,20.10^{-30}kg.$

Cette masse est largement plus petite que celle du noyau (il suffit de comparer les puissances de 10 pour avoir un ordre de grandeur !), elle est donc négligeable.

Question 4

Quelle est la masse totale de l’atome ?

La masse totale de l’atome, exprimée en notation scientifique (avec un arrondi) est donc la même que la masse du noyau : $3,18.10^{-26}kg$.

Question 5

Dans des températures extrêmement basses, le fluor peut se trouver à l’état liquide. Sachant que sa masse volumique est alors de $1,50 g·cm^{-3}$, quelle est la masse d’un litre de fluor ?

Notons $\mu$ la masse volumique du fluor. On a donc $M=\mu\times V$ avec $V=1L$.

Il faut d’abord convertir les litres en $cm^3$ : $1L = 1000 cm^3$.

Donc $M = 1,50\times 1000 = 1500 g$, c’est-à-dire $M=1,5 kg$.

Noter $\mu$ la masse volumique du fluor.