Structure de la matière

La matière est constituée d'atomes, entités fondamentales de la chimie. Chaque atome possède un noyau central extrêmement dense, renfermant des protons (charge positive) et des neutrons (neutres). Autour du noyau gravitent des électrons, particules beaucoup plus légères portant une charge négative. L'atome est électriquement neutre car le nombre d'électrons est égal au nombre de protons, appelé numéro atomique Z. La taille d'un atome est de l'ordre de 10⁻¹⁰ m, tandis que le noyau est environ 100 000 fois plus petit.

Deux atomes appartiennent au même élément chimique s'ils ont le même numéro atomique Z. Ils peuvent cependant différer par leur nombre de neutrons N : ce sont des isotopes. Les isotopes ont donc le même nombre de protons et d'électrons, mais des nombres de masse A différents. Par exemple, le carbone 12 (⁶¹²C) possède 6 protons et 6 neutrons, tandis que le carbone 14 (⁶¹⁴C) en possède 6 et 8. La masse atomique moyenne d'un élément tient compte de l'abondance naturelle de ses isotopes.

Les électrons se répartissent en couches (n = 1, 2, 3…) et sous-couches (s, p, d…). Le remplissage suit l'ordre croissant d'énergie : 1s, 2s, 2p, 3s, 3p. Chaque sous-couche a une capacité maximale : s peut contenir 2 électrons, p peut en contenir 6. Les électrons de la couche la plus externe, appelés électrons de valence, gouvernent les propriétés chimiques de l'élément. Par exemple, l'oxygène (Z = 8) a pour configuration 1s² 2s² 2p⁴ et possède 6 électrons de valence.

Le tableau périodique classe les éléments par numéro atomique croissant. Les lignes horizontales, appelées périodes, correspondent au remplissage progressif des couches électroniques. Les colonnes verticales, ou groupes, rassemblent des éléments ayant le même nombre d'électrons de valence, donc des propriétés chimiques voisines. Ainsi, les alcalins (1ʳᵉ colonne) possèdent 1 électron de valence, les halogènes (17ᵉ colonne) en ont 7, et les gaz nobles (18ᵉ colonne) en ont 8 (sauf l'hélium). La position d'un élément permet de déduire sa configuration électronique.