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Historique et les différents modèles de l'atome

Un modèle est une conception de la réalité. On peut apprécier la progression de la science par la succession de modèles de l'atome de plus en plus élaborés. Chaque modèle complète le précédent sans le renier, pais laisse des questions irrésolues, qui peuvent être abordées par le modèle suivant.Le modèle le plus approprié à une situation n'est pas forcément le plus récent.

L'atome dans l'antiquité

Le mot atome vient du grec ατομος, atomos, que l'on peut diviser. Le philosophe grec Démocrite (470-380 av JC), comme certainement beaucoup d'autres savants de son époque, se demande ce qu’il arrive lorsque l’on divise la matière en deux, puis encore en deux, encore et encore …Existe t’il un point ou la division n’est plus possible, ou ce processus est-il infini ? Pour Démocrite, comme pour Leucippe, la nature est composée dans son ensemble de deux principes : les atomes (ce qui est plein) et le vide (ou néant). L'existence des atomes peut être déduite de ce principe : « Rien ne vient du néant, et rien, après avoir été détruit, n'y retourne. » Il y a ainsi toujours du plein, i.e. de l'être, et le non-être est le vide.
Il en résulte un des premiers modèles de l'atome :

• Les atomes sont des corpuscules solides et indivisibles, séparés par des intervalles vides, et dont la taille fait qu'ils échappent à nos sens. Décrits comme lisses ou rudes, crochus, recourbés ou ronds (ils sont infinis par leur forme, figure et grandeur), ils ne peuvent être affectés ou modifiés à cause de leur dureté.

Modèle de Dalton

• Antoine Lavoisier montre qu'au cours d'une réaction chimique la masse des produits formées et égales à la masse des réactifs consommés.
• Joseph Proust (1724-1826) : lors d'une réaction, le rapport des masses des réactifs consommés pour former un produit est constant; les éléments du nouveau produit ont des proportions définies.

Dalton

c'est encore à faire

John Dalton : le rapport des masses ne peut prendre que certaines valeurs. Quand deux espèces chimiques, c'est toujours dans des proportions entières. Ainsi CO et CO2. Cependant ce modèle n'explique pas pourquoi l'on ne recontre pas les molécules C2O ou CO3.

• Modèle proposé par Dalton :
  • Les atomes sont des particules simples, indestructibles. Il en existent plusieurs, avec une masse qui leur est propre et correspond à un élément chimique.
  • Ces atomes peuvent s'associer en molécules et constituer la matière. Les formules donnent les constituants de chaque molcules. Exemple : H₂O, deux atomes d'hydrogène, un atomes d'oxygène.
  • Le modèle donne les premières indications concernant les réactions chimiques, donnent les proportions des réactifs et produits. Ex: HCl + NaOH (flèche) NaCl + H2O

Découverte des électrons

Suite à des expériences de mesures de conductivité électriques de gaz sous des très faibles pressions, Thompson découvre l'électron en 1897. Le physicien américain Robert Millikan détermine la charge d'un électron après avoir réaliser des experiences avec des gouttes d'huile. Les deux plaques avec une différence de potentiel élevée produise un champ électrique uniforme. Une goutte d'huile chargé négativement tombe par un trou, entre les deux plaques. Par la régulation du champ électrique la goutte monte ou descend. Grâce à un microscope un observateur peut calculer la vitesse de la goutte.

La charge de l'électron est la plus petite charge existante, souvent reprise comme unité (e).

Expérience de Rutherford

L'expérience consiste à bombarder une feuille d'or très mince avec des particules alpha positive (noyau d'hélium, émis suite à une désintégration nucléaire). Certaines particules ont fortement dévié de leur trajectoire initiale. Une particule sur dix milles rebondit sur la feuille d'or. La majorité ont cependant suivi un chemin rectiligne. La matière est donc principalement composée de vide et les particules déviées ont rencontré un noyau d'or très petit et chargé positivement qui les a repoussées.

• Chadwick découvre le neutron en 1932. Les neutrons constituent le noyau avec les protons, ne portent pas de charge électrique et ont une masse voisine de celle des protons.

Particule	Charge	Masse
Proton	1,602 176 53×10-19 C	1,672 623×10-27 kg
Neutron	0	1,674 94×10-27 kg
Electron	−1,60217653(14)×10-19 C	9,109 382 6(16)×10-31 kg

Annexes

Biographies

• Niels Bohr
• Dalton
• Robert Millikan : (22 mars 1868 - 9 décembre 1953), prix Nobel de physique et médaille Hughes en 1923, prix Faraday 1924, médaille Franklin en 1937, il détermina la charge de l'électron en 1910. Il s'intéressa également à l'effet photoélectrique.
• Ernest Rutherford (30 aoùt 1871 - 19 octobre 1937), prix Nobel de chimie en 1908, il a découvert les rayonnement alpha et bétâ, et que la charge positive et presque la totalité de la masse d'un atome étaient réunis dans le noyau.
• J.J. Thompson : (18 décembre 1856 – 30 aoùt 1940), physicien anglais