I- Un atome, qu’est-ce que c’est ? L’atome ( du grec atomos : Qu’on ne peut diviser ) est l’element de base qui constitue la matiere. Selon le modele « planetaire » du grand physicien danois Niels Bohr, qui date de 1913, l’atome comporte un noyau central, autour duquel gravitent les electrons, a la maniere des planetes autour du soleil. II- Contexte historique Les philosophes du Veme siecle consideraient que la nature des choses s’expliquait par le melange de 4 elements : le feu, l’eau, la terre et l’air. Au 4eme siecle avant notre ere, le philosophe Democrite pense que la matiere est formee de grains invisible : les atomes.
Democrite pense que les atomes sont pleins mais tous differents : certains crochus, ronds etc… pour les emboiter ensemble (avoir des atomes crochus avec quelqu’un : bien s’entendre avec cette personne) Mais Democrite n’a aucune preuve experimentale et sa demarche n’est que philosophique. Le philosophe grec Aristote rejette cette theorie et reprend l’idee des 4 elements, c’est sur cette fausse idee que vont reposer les travaux des alchimistes pendant plus de 20 siecles. La theorie de Democrite sera reprise comme hypothese par le britannique John Dalton. En 1805, il suppose l’existence es atomes et declare qu’ils
Il observe alors que pour une pression faible, un rayonnement issu de la cathode et provoquant une luminescence sur les parois du tube. Il donne a ces rayonnements le nom de » rayonnements cathodiques « . Il montre que ces rayons sont electriquement charges car ils sont devies par le champ magnetiques d’un aimant. En 1897, le Britannique Joseph John Thomson (1856-1940) prouve que ces » rayons cathodiques » sont des courants de particules portant une charge negative. Dans le tube de Crookes, ces particules sont arraches a la cathode. (source : http://www. ilephysique. net/phys_2-atome. hp ) IV- Le modele de Joseph John Thomson Avec la decouverte de l’electron en 1897, on savait que la matiere etait composee de deux parties : une negative, les electrons, et une positive. Dans le modele imagine alors par Joseph John Thomson, les electrons, particules localisees, baignaient dans une « soupe » positive, a l’image des pruneaux dans le far breton (ou dans le plum-pudding pour les Britanniques ou encore comme des raisins dans un cake). Ce modele fut invalide en 1911 par l’experience d’un de ses anciens etudiants, Ernest Rutherford. V- Le modele planetaire de Rutherford
L’experience de Rutherford met en evidence que les charges positives ne sont pas « etalees » entre les electrons, mais sont concentrees en de petits points. Il bombarda une fine feuille d’or par un faisceau de particules alpha (particules de charges electriques positives). Il observa que les particules etaient deviees faiblement, ce qui ne correspondait pas au resultat prevu par le modele de Thomson, pour lequel elles n’auraient pas du la traverser. Rutherford imagine donc un modele planetaire : l’atome est constitue d’un noyau positif autour duquel tournent des electrons negatifs.
Entre le noyau – tres petit par rapport a l’atome (environ 100 000 fois) – et ses electrons, un tres grand vide existe. Ce modele fut tres vite mis en defaut par les equations de Maxwell d’une part, qui predisent que toute charge acceleree rayonne de l’energie, et par les experiences montrant la quantification des niveaux d’energie d’autre part. VI- Le modele de Bohr Un modele fut developpe par Niels Bohr en 1913 a partir des proprietes mises en evidence par Planck et Rutherford. Dans le modele des spheres dures, l’atome est un objet entier, indecomposable.
Or, on sait depuis le milieu du XIXe siecle que l’on peut en « arracher » des particules portant une charge electrique negative, les electrons. Dans le modele de Bohr, l’atome est compose d’un noyau charge positivement, et d’electrons tournant autour, les rayons des orbites des electrons ne pouvant prendre que des valeurs bien precises. Le noyau est tres compact, d’un diametre d’environs 10-15 a 10-14 m, c’est-a-dire que le noyau est cent mille a un million de fois plus petit que l’atome ; il porte une charge electrique positive.
C’est aussi la partie la plus lourde de l’atome, puisque le noyau represente au moins 99,95% de la masse de l’atome. Les electrons sont ponctuels, c’est-a-dire que leur rayon est admis quasi nul (tout du moins plus petit que ce que l’on peut estimer). Ils portent une charge negative. Pour des raisons de lisibilite, le schema ci-dessous n’est donc pas a l’echelle, en ce qui concerne les dimensions du noyau et des electrons, ni aussi pour les rayons des differentes orbites (on notera ici que le nombre d’electrons sur les orbites n’est pas predit par le modele).
Cette vision permet de decrire les phenomenes spectroscopiques fondamentaux, c’est-a-dire le fait que les atomes absorbent ou emettent seulement certaines longueurs d’onde (ou couleur) de lumiere ou de rayons X. En effet, les electrons ne pouvant tourner que sur des orbites definies, le saut d’une orbite a une autre se fait en absorbant ou en emettant une quantite determinee d’energie (quantum).
Le modele de Bohr, decomposant l’atome en deux parties, un noyau et un nuage d’electrons, est plus precis que le modele des spheres dures, pour lequel la surface de la sphere correspond a l’orbite des electrons exterieurs. Cependant, il presente le gros inconvenient des modeles planetaires : des electrons en orbite autour du noyau sont des charges accelerees, ils devraient rayonner de l’energie,… et devraient donc venir s’ecraser sur le noyau. Le modele n’explique pas non plus la forme des molecules.
