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Physique-chimie · Seconde

Le noyau et le cortège électronique : exercices de 2de

Publié le 9 novembre 2026 · Mis à jour le 9 novembre 2026 · Signaler une erreur

L'essentiel

  • Le noyau est formé de protons (charge positive) et de neutrons (neutres), appelés nucléons ; il est environ 100 000 fois plus petit que l'atome mais concentre presque toute sa masse.3
  • L'écriture conventionnelle d'un noyau est ZAX{}^{A}_{Z}X : Z donne le nombre de protons, A le nombre de nucléons, donc N = A − Z neutrons.2
  • Un atome neutre possède autant d'électrons que de protons : le cortège électronique compte Z électrons.
  • La configuration électronique à l'état fondamental répartit les électrons dans les sous-couches 1s, 2s, 2p, 3s, 3p par énergie croissante ; l'oxygène donne 1s² 2s² 2p⁴.42
  • Les électrons de valence se lisent dans la configuration ; les gaz nobles, très stables, servent à prévoir la charge des ions monoatomiques simples.1

Comment utiliser ces exercices

Cherche d'abord seul(e), sur ton cahier, puis ouvre un indice si tu bloques, et seulement ensuite la correction. Chaque exercice s'appuie sur un petit nombre de gestes. Reprends-les ici avant de commencer.

Les exercices

Exercice 1 Les neutrons du carbone 12

★☆☆Environ 5 min

Le noyau d'un atome de carbone s'écrit 612C{}^{12}_{6}\mathrm{C}. Combien de neutrons contient-il ? Donne aussi le nombre de protons et le nombre de nucléons.

Indice 1

Dans ZAX{}^{A}_{Z}X, A est écrit en haut et Z en bas.

Indice 2

Les nucléons sont les protons et les neutrons réunis.

Voir la correction pas à pas

  1. On lit l'écriture conventionnelle : A = 12 en haut, Z = 6 en bas.

  2. Z est le nombre de protons : le noyau compte 6 protons.

  3. A est le nombre de nucléons : le noyau compte 12 nucléons.

  4. Les nucléons sont des protons ou des neutrons, donc N=A−Z=12−6=6N = A - Z = 12 - 6 = 6 neutrons.

Le noyau de carbone 12 contient 6 protons et 6 neutrons, soit 12 nucléons.

Exercice 2 Les électrons du sodium

★☆☆Environ 5 min

Un atome de sodium est représenté par 1123Na{}^{23}_{11}\mathrm{Na}. Combien d'électrons forment son cortège électronique ?

Indice 1

L'atome est électriquement neutre.

Indice 2

Quelle particule du noyau porte une charge positive ?

Voir la correction pas à pas

  1. Le numéro atomique est Z = 11 : le noyau contient 11 protons, tous chargés positivement.

  2. Un atome est neutre : la charge négative des électrons compense exactement la charge positive des protons.

  3. Il y a donc autant d'électrons que de protons : 11 électrons.

Le cortège électronique de l'atome de sodium compte 11 électrons. Le nombre 23 n'intervient pas ici : il sert à compter les neutrons (23−11=1223 - 11 = 12).

Exercice 3 Comparer la taille de l'atome et celle du noyau

★☆☆Environ 6 min

Le rayon d'un atome est de l'ordre de 10−1010^{-10} m, et celui de son noyau de l'ordre de 10−1510^{-15} m.3 Calcule le quotient de la taille de l'atome par celle du noyau. Que peux-tu dire de l'espace occupé par le noyau ?

Indice 1

Divise la grande valeur par la petite.

Indice 2

Pour diviser des puissances de 10, soustrais les exposants.

Voir la correction pas à pas

  1. On écrit le quotient : 10−1010−15\dfrac{10^{-10}}{10^{-15}}.

  2. On soustrait les exposants : −10−(−15)=5-10 - (-15) = 5.

  3. Le quotient vaut donc 105=100 00010^{5} = 100\,000.

  4. On interprète : l'atome est environ 100 000 fois plus grand que son noyau.

Le noyau est environ 100 000 fois plus petit que l'atome, alors qu'il concentre presque toute la masse.3 L'atome est donc surtout du vide, où se répartissent les électrons.

Exercice 4 Électrons de valence du phosphore

★★☆Environ 10 min

L'atome de phosphore a pour numéro atomique Z = 15. Écris sa configuration électronique à l'état fondamental, puis donne son nombre d'électrons de valence.

Indice 1

Combien d'électrons un atome neutre de numéro atomique 15 possède-t-il ?

Indice 2

Remplis dans l'ordre 1s, 2s, 2p, 3s, 3p ; les électrons de valence sont ceux de la couche n = 3.

Voir la correction pas à pas

  1. L'atome est neutre : il possède 15 électrons.

  2. 1s accepte 2 électrons : il en reste 13.

  3. 2s accepte 2 électrons : il en reste 11.

  4. 2p accepte 6 électrons : il en reste 5.

  5. 3s accepte 2 électrons : il en reste 3, qui vont dans 3p.

  6. Configuration : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p31s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^3.

  7. Les électrons de la couche externe (n = 3) sont ceux de 3s et 3p : 2+3=52 + 3 = 5. On retrouve aussi 15−10=515 - 10 = 5, puisque les 10 premiers électrons forment le cœur 1s, 2s, 2p.

Le phosphore a la configuration 1s2 2s2 2p6 3s2 3p31s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^3 et possède 5 électrons de valence.

Exercice 5 L'ion magnésium

★★☆Environ 10 min

L'atome de magnésium a pour numéro atomique Z = 12. Il forme un ion monoatomique dont la configuration électronique est celle de l'atome de néon (Z = 10). Quelle est la charge de cet ion et combien d'électrons possède-t-il ?

Indice 1

Le néon est un gaz noble : l'ion adopte sa configuration.

Indice 2

Un atome qui perd des électrons devient un ion positif.

Voir la correction pas à pas

  1. Les gaz nobles sont d'une stabilité chimique remarquable ; l'ion de magnésium prend la configuration du gaz noble voisin, le néon.1

  2. Le néon a 10 électrons (1s2 2s2 2p61s^2\,2s^2\,2p^6) : l'ion en possède aussi 10.

  3. L'atome de magnésium en avait 12 : il en a perdu 12−10=212 - 10 = 2.

  4. Le noyau garde ses 12 protons (+12) pour 10 électrons (−10) : la charge de l'ion vaut +2.

  5. L'ion s'écrit Mg2+\mathrm{Mg}^{2+}.

L'ion magnésium est Mg2+\mathrm{Mg}^{2+} : il possède 10 électrons, comme le néon.

Exercice 6 Repérer les configurations impossibles

★★☆Environ 10 min

Parmi les écritures suivantes, certaines ne peuvent pas être la configuration d'un atome à l'état fondamental. Indique lesquelles et explique pourquoi.

  • (a) 1s2 2s2 2p41s^2\,2s^2\,2p^4
  • (b) 1s2 2s3 2p31s^2\,2s^3\,2p^3
  • (c) 1s2 2s1 2p51s^2\,2s^1\,2p^5
  • (d) 1s2 2s2 2p6 3s11s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1
Indice 1

Une case quantique contient deux électrons au maximum.

Indice 2

À l'état fondamental, on remplit une sous-couche avant de passer à la suivante, dans l'ordre d'énergie croissante.

Voir la correction pas à pas

  1. Une case quantique reçoit au plus deux électrons, de spins opposés.4 La sous-couche 2s a une seule case : elle contient 2 électrons au maximum.

  2. (b) est impossible : 2s contient 3 électrons.

  3. (c) compte 8 électrons et respecte les capacités, mais à l'état fondamental, l'état de plus basse énergie, on remplit complètement 2s avant 2p.4 Cette écriture décrit un état excité, pas l'état fondamental.

  4. (a) est la configuration de l'oxygène à l'état fondamental.4

  5. (d) respecte les capacités et l'ordre de remplissage : elle correspond à 11 électrons, celle du sodium.

Les écritures (b) et (c) ne conviennent pas pour un état fondamental : (b) viole la limite de deux électrons par case, (c) laisse 2s incomplète alors que 2p se remplit. Les écritures (a) et (d) sont valides.

Exercice 7 Un ion qui ressemble à l'argon

★★★Environ 12 min

Un atome de chlore (Z = 17) peut former un ion monoatomique stable dont la configuration est celle de l'argon (Z = 18). 1) Combien d'électrons possède cet ion ? 2) Quelle est sa charge ? 3) Écris le symbole de l'ion.

Indice 1

L'argon est un gaz noble : compte ses électrons.

Indice 2

Compare la charge totale du noyau et celle du cortège.

Voir la correction pas à pas

  1. Les gaz nobles ont une configuration électronique qui explique leur grande stabilité ; on s'en sert pour prévoir les ions.1

  2. L'argon a Z = 18, donc 18 électrons : l'ion chlorure en possède 18.

  3. L'atome de chlore neutre en avait 17 : il a gagné 18−17=118 - 17 = 1 électron.

  4. Charge totale : +17−18=−1+17 - 18 = -1.

  5. Symbole : Cl−\mathrm{Cl}^{-}. Configuration : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p61s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6.

L'ion est Cl−\mathrm{Cl}^{-} ; il possède 18 électrons, comme l'argon. Le noyau n'a pas changé : le gain d'un électron modifie seulement le cortège.

Exercice 8 Du noyau à la valence : le chlore 35

★★★Environ 15 min

Un noyau contient 17 protons et 18 neutrons. 1) Écris son écriture conventionnelle (le symbole de l'élément est Cl). 2) Donne la configuration électronique de l'atome neutre correspondant. 3) Combien a-t-il d'électrons de valence ?

Indice 1

A est le nombre total de nucléons.

Indice 2

Le cœur 1s, 2s, 2p contient 10 électrons ; les autres sont de valence.

Voir la correction pas à pas

  1. Z = 17 (protons) et A = 17 + 18 = 35 (nucléons).3

  2. L'écriture conventionnelle est 1735Cl{}^{35}_{17}\mathrm{Cl}.2

  3. L'atome neutre possède 17 électrons.

  4. On remplit : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p51s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5 (2+2+6+2+5=172+2+6+2+5 = 17).

  5. Les électrons de la couche externe sont ceux de 3s et 3p : 2+5=72 + 5 = 7.

Le noyau s'écrit 1735Cl{}^{35}_{17}\mathrm{Cl}, la configuration est 1s2 2s2 2p6 3s2 3p51s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5 et l'atome a 7 électrons de valence. Il lui en manque un pour atteindre la configuration de l'argon, ce qui explique l'ion Cl−\mathrm{Cl}^{-} de l'exercice précédent.

Les questions qu'on se pose

Comment savoir combien d'électrons a un ion ?

Pars du nombre d'électrons de l'atome neutre, égal à Z. Pour un ion positif de charge n+n+, retire n électrons ; pour un ion négatif de charge n−n-, ajoute-en n. Le noyau, lui, ne change pas : Z reste le même.

Pourquoi remplit-on les sous-couches dans cet ordre précis ?

À l'état fondamental, les électrons occupent les niveaux d'énergie par ordre croissant : l'état de plus basse énergie est l'état fondamental.4 Pour Z ≤ 18, l'ordre à retenir est 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, avec au plus deux électrons par case.24

Le modèle des couches montre-t-il des électrons qui tournent autour du noyau ?

Non. Dans le modèle quantique, les électrons se répartissent autour du noyau de façon probabiliste, et non sur des trajectoires comme dans les anciens modèles planétaires.4 Les mots « couche » et « sous-couche » viennent du modèle de Bohr mais restent d'usage courant.4

Sources

  1. Modéliser le cortège électronique (classe de seconde), Éduscol — ressource d'accompagnement. Consulté le 9 novembre 2026.
  2. Constitution de la matière : le noyau et le cortège électronique, Ministère de l'Éducation nationale. Consulté le 9 novembre 2026.
  3. Noyau atomique, Wikipédia. Consulté le 9 novembre 2026.
  4. Configuration électronique, Wikipédia. Consulté le 9 novembre 2026.

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