lundi 22 septembre 2008

Perception de l'atome au fil des siècles : "A la découverte de l'atome"


Le concept d'atome est aujourd'hui admis par le grand public, pourtant, paradoxalement, les atomes ne peuvent pas être observés par des moyens optiques et seuls quelques rares physiciens manipulent des atomes isolés. L'atome est donc un modèle essentiellement théorique.
Cependant à l'aide d'outils très perfectionnés il est maintenant possible de "voir" les atomes. Voir ci-dessus l'image de la surface d'un objet en or obtenue à l'aide d'un microscope dit "à effet tunnel".

Quelle est l'origine de la théorie atomique ?

L'idée atomique est née sur les bords de la mer Egée, iI y a presque 2 500 ans. Le philosophe grec Leucippe et son disciple Démocrite ont, les premiers, suggéré que toute matière était composée de particules infimes et invisibles à l'œil nu.
Cette idée a sans doute germé en regardant les plages qu'ils avaient constamment sous les yeux : si on regarde une plage du haut d'une falaise il est impossible de savoir qu'elle est composée de petits grains; pour s'en apercevoir il faut s'en approcher très près; la matière c'est pareil, elle est constituée de petits grains mais à notre échelle il est impossible de s'en apercevoir.

Démocrite appela "atomos", qui signifie "qu'on ne peut pas couper ", les morceaux ultimes de la matière.
Mais un peu plus tard, Aristote proposa que toute matière était composée de 4 éléments : l'eau, l'air, la terre et le feu. Cette conception du monde fut par la suite soutenue par l'Église qui condamnait la théorie atomiste, car trop matérialiste à son gout. La conception alchimiste, celle d'Aristote, perdura jusqu'au début du 19ème siècle...

Fin XVIIIe - début XIXe : J.Dalton et la Victoire de l'atome

La vision alchimiste est balayé par Lavoisier (1743-1794), physicien et révolutionnaire français.
1808 : un chimiste anglais, John Dalton, démontre en 1808 que deux gaz quelconques se combinent toujours dans des proportions de masses simples. Ainsi 1 g de dihydrogène réagit avec 8 g de dioxygène pour former 9 g d'eau. Selon Dalton, ces résultats s'expliquent si l'on suppose que la matière est constituée des petites particules indivisibles imaginées par les Grecs. À chaque élément chimique correspond un et un seul type d'atomes avec une masse bien définie. Les gaz réagissent selon des rapports de masses simples, affirme Dalton, parce que les atomes dont ils sont constitués se mélangent selon des proportions simples et entières comme des billes.
Un an plus tard, un chimiste français, cette fois, Louis Joseph Gay Lussac, renforce l'interprétation de Dalton en découvrant que les gaz se combinent aussi selon des volumes simples : ainsi 1 L de dioxygène réagira toujours avec 2 L de dihydrogène.
L'existence des atomes ne laisse plus de doute.

La découverte de l'électron

Vers la fin du XIXe siècle, les lois et les principales applications du courant électrique étaient connues, mais sa nature restait mystérieuse.
En 1871, l'anglais W.Crookes réalise une expérience avec une ampoule de verre comportant deux tiges métalliques, entre lesquelles il applique une tension de plusieurs milliers de volts. Faisant le vide dans l'ampoule, il observe que le verre devient fluorescent à l'extrémité opposée à la cathode, tige reliée à la borne négative. La formation de l'ombre d'une croix placée dans le tube lui fait penser que ces rayons sont constitués de particules se propageant en ligne droite à partir de la cathode. voir vidéo "Tube de Crookes 1"


En 1895, Jean Perrin observe que ces rayon "cathodiques" transportent des charges d'électricité négatives.

Puis en 1897, J.J.Thomson prouve que les rayons cathodiques sont déviés par un corps électrisé ou magnétique. Voir vidéo (in english) "Tube de Crookes 2".
Il démontre aussi que ces rayons sont formés de particules extrêmement petites et légères dont il mesure la masse : ce sont les électrons, l'un des constituants de tous les atomes.
La trajectoire des particules et le fait qu'elles aient une masse est aussi mis en évidence dans cette vidéo : "Tube de Crookes 3"

Aujourd'hui, on sait que le courant électrique dans les métaux est un déplacement "d'électrons libres".

Après sa découverte de l'électron et sachant que la matière est électriquement neutre J.J.Thomson propose un nouveau modèle de l'atome : Dans son modèle les électrons négatifs sont des particules localisées baignant dans une "soupe" positive (modèle dit "plum-pudding").












Vers un nouveau modèle de l'atome

En 1910, le britannique Ernest Rutherford (1871 - 1937) bombarde une très mince feuille d'or avec des particules alpha (particules d'hélium). Il constate que pratiquement toutes ces particules traversent la matière comme si de rien n'était, tandis que d'autres, très rares, ricochent.
Voir Animation sur l'expérience de Rutherford

En 1911, pour interpréter cette expérience que le modèle de J.J.Thomson n'explique pas, il propose un nouveau modèle : le "modèle planétaire".
Il s'agit d'un noyau positif autour duquel gravitent des électons négatifs.
Ce modèle rend compte du fait que la matière est principalement constituée de vide (à + 99 %).

Et aujourd'hui ...

Depuis, d'autres modèle plus complexes ont permis d'expliquer de nombreux autres phénomènes. Mais même le modèle le plus récent ( voir ci-dessous) n'est sûrement pas le dernier.
Actuellement, on sait qu'il n'est pas possible d'associer aux électrons une trajectoire bien définie mais on sait calculer leur probabilité de présence autour d'un noyau positif.
Cette impossibilité de localiser les électrons dans les atomes conduit à parler de nuage électronique en considérant l'ensemble des électrons.

2 commentaires:

Elizabeth J. Neal a dit…

Il démontre aussi que ces rayons sont formés de particules extrêmement petites et légères dont il mesure la masse : ce sont les électrons, l'un des constituants de tous les atomes. Wifi Libre

Unknown a dit…

oui, peut-etre, non