composition atome ion

Pour une espèce notée $^{A}_{Z}\mathrm{X}$ :

• le numéro atomique $Z = n(p^+)$ : c'est le nombre de protons, et c'est lui seul qui définit l'élément (tout atome de carbone a $Z=6$, etc.) ;
• le nombre de masse $A = n(p^+) + n(n^0)$ : c'est le nombre total de nucléons (protons et neutrons) du noyau ;
• on en déduit le nombre de neutrons par différence : $\boxed{\,n(n^0) = A - Z\,}$.

Le $Z$ est en bas à gauche, le $A$ en haut à gauche : $^{A}_{Z}\mathrm{X}$. On a toujours $A \ge Z$.

Les électrons sont dans le nuage électronique, jamais dans le noyau.

• atome neutre : autant d'électrons que de protons, $n(e^-) = n(p^+) = Z$ ;
• ion de charge $q$ (signée) : $\boxed{\,n(e^-) = Z - q\,}$. Un cation $\mathrm{X}^{n+}$ a perdu $n$ électrons ; un anion $\mathrm{X}^{n-}$ en a gagné $n$.

1. Protons : $n(p^+) = Z$ (toujours, atome comme ion).
2. Neutrons : $n(n^0) = A - Z$ (toujours ; le noyau ne change pas quand on forme un ion).
3. Électrons : $n(e^-) = Z - q$ ($q$ signé : on retire $n$ pour un cation $\mathrm{X}^{n+}$, on ajoute $n$ pour un anion $\mathrm{X}^{n-}$).

Composition de $\ce{^{45}_{21}Sc^{3+}}$ ?

• protons : $n(p^+) = Z = 21$ ;
• neutrons : $n(n^0) = A - Z = 45 - 21 = 24$ ;
• électrons : la charge est $q = +3$, donc $n(e^-) = Z - q = 21 - 3 = 18$.

Bilan : $\big(21\ p^+,\ 24\ n^0,\ 18\ e^-\big)$.

« Combien d'électrons dans le noyau ? » $\Rightarrow$ toujours $0$ : le noyau ne contient que des nucléons (protons et neutrons). De même, former un ion ne touche que les électrons : $Z$ et $n(n^0)$ restent inchangés. Ainsi $\ce{Ca}$ et $\ce{Ca^{2+}}$ ont exactement le même noyau ; ils ne diffèrent que par le nombre d'électrons.

La charge élémentaire vaut $e = 1{,}6\times 10^{-19}\,\mathrm{C}$. Un proton porte $+e$, un électron $-e$, un neutron $0$. La charge portée par $N$ protons est donc $Q = N \times (+e)$ ; celle de $N$ électrons, $Q = N \times (-e)$. C'est une simple proportionnalité.