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LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME L’histoire moderne de la représentation que les physiciens se sont fait de l’atome se résume très schématiquement en plusieurs.

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1 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME L’histoire moderne de la représentation que les physiciens se sont fait de l’atome se résume très schématiquement en plusieurs étapes, correspondant à plusieurs modèles, dont le plus récent n’est sûrement pas le dernier...

2 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Un matin, vers la fin du V e siècle av. J.-C., deux philosophes grecs aux noms de Leucippe et Démocrite... … se demandent s’il est possible de diviser la matière à l’infini.

3 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Ils imaginent que la matière est constituée de particules indivisibles... … qu’ils appellent atomes.atomes

4 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Que signifie le mot atome ? Le mot atome vient du latin atomus et du grec atomos signifiant « que l’on ne peut couper ».

5 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Aristote, un autre grec, est lui aussi doué d’une extraordinaire curiosité. Il pense que la matière est constituée de quatre éléments : Le feu L’air La terre L’eau L’hypothèse atomique est abandonnée...

6 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Ce n’est que bien plus tard, au XIX e siècle, que l’atome change de statut et, d’hypothèse, devient théorie scientifique, grâce notamment aux travaux de Dalton en 1803 et à ses efforts pour interpréter les phénomènes quantitatifs de la matière. Dalton montre que chaque corps pur doit être formé d’atomes identiques. Lors d’une réaction chimique, les atomes ne font que s’associer ou s’échanger, sans subir de modification. La notion d’atome s’identifie alors à celle de constituant ultime de la matière.

7 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME En 1897, J.J.Thomson découvre une particule chargée négativement qu’il appelle électron. La notion d’atome indestructible est remise en cause. Thomson L’atome apparaît alors comme un objet composé dont l’électron ne peut être qu’un constituant. De plus l’atome, électriquement neutre, doit comporter, à côté des électrons, un nombre égal de charges positives.

8 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME L’idée d’une coquille d’électrons entourant un noyau positif commence à émerger. électrons Modèle du « pudding » Ce modèle, venu de Grande-Bretagne, est appelé modèle du « pudding ». Mais on imagine alors un atome constitué de milliers d’électrons situés autour d’une substance positive, un peu comme des raisins secs répartis dans un gâteau. substance positive

9 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME L’atome fourré aux électrons substance positive électron

10 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME A la fin du XIXème siècle, le physicien français Henri BECQUEREL découvre la radioactivité. Au même moment, Ernest RUTHERFORD étudie les rayonnements issus de matières radioactives. Il s’intéresse en particulier aux particules α qui sont des particules chargées positivement

11 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME L’expérience de Rutherford Description L’idée est de déterminer la structure de l’atome en étudiant la trajectoire des particules α lorsqu’elles rencontrent une feuille métallique. Une feuille d’or de quelques micromètres d’épaisseur est placée dans une enceinte vide. Elle est bombardée par des particules α

12 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Expérience de Rutherford : schéma de l’expérience

13 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME L’expérience de Rutherford : Deux écrans fluorescents sont placés l’un avant la feuille d’or (écran E1) et l’autre après (écran E2). Un point lumineux se forme sur les écrans chaque fois qu’ils sont percutés par une particule α.

14 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME OBSERVATIONS Une tache fluorescente très intense apparaît au centre de l’écran E 2. L’intensité lumineuse de cette tache est très légèrement inférieure à celle que l’on obtient en enlevant la feuille d’or. Mais ce n’est pas tout : certaines particules qui rencontrent un atome d’or sont déviées pendant que d’autres très rares reviennent en arrière. Animation

15 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Représentation schématique de la trajectoire des particules α à travers la feuille d’or.

16 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Les résultats inattendus de son expérience amènent Rutherford à admettre que l’atome est essentiellement composé de vide car 99,99% des particules ne sont pas déviées. Au cœur de l’atome, il doit exister un noyau extrêmement petit et dense, capable de renvoyer les projectiles.

17 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Un nouveau modèle d’atome fait son apparition : celui d’un minuscule noyau chargé positivement autour duquel tournent des électrons négatifs. Rutherford considère donc que le mouvement des électrons est identique à celui des planètes tournant autour du Soleil. C’est pour cette raison que son modèle porte le nom de :

18 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Le modèle planétaire électron noyau

19 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Malheureusement, ce nouveau modèle de l’atome n’est pas totalement cohérent. En effet, en tournant autour du noyau, les électrons perdent de l’énergie et devraient, de ce fait, finir par s’écraser sur le noyau. Or, il n’en est rien. En 1913, Niels Bohr créé un nouveau modèle : Le modèle de l’atome quantique

20 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME L’atome de Bohr Les électrons sont vus comme des objets se déplaçant sur des orbites bien définies.

21 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Dans les années qui suivent, les découvertes de nouvelles propriétés de la matière amènent les physiciens à rendre plus complexe le modèle proposé par Bohr. Actuellement, on admet qu’il est impossible d’asso- cier à l’électron une trajectoire bien définie. Tout ce que l’on peut dire, c’est que la probabilité de trouver un électron en un point déterminé de l’espace est plus ou moins grande.

22 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Cette impossibilité de localiser les électrons des atomes conduit à parler de cortège électronique. Ce dernier modèle de l’atome est appelé : Il faut donc à présent nous résoudre à une vision floue du monde atomique. Atome probabiliste

23 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Le modèle probabiliste noyau La densité du nuage autour du noyau repré- sente la probabilité de présence des électrons.

24 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Récapitulatif des modèles de l’atome

25 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Les différents savants :

26 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Aristote Aristote (384-322 av. J.-C.) fait partie des élèves de Platon. Il connaît une carrière fulgu- rante puisqu’il devient professeur particulier du futur empereur Alexandre le Grand. Plus tard, il enseigne dans son jardin d’Athènes, le Lukaion (c’est de là que vient le mot « lycée »). Il formule quantité de théories et laisse de précieux comptes-rendus d’observations.

27 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Dalton Cela le mène à s’intéresser aux gaz, à leurs mélanges et à leur comportement en fonction de la température. Il impose l’idée d’élément chimique sur laquelle est fondée la chimie actuelle. John Dalton (1766-1844) est le pionnier de la théorie atomique. Il est avant tout un météorologue, qui tient durant toute sa vie un relevé précis du temps qu’il fait.

28 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Thomson J. J. Thomson (1856-1940) s’intéresse à tous les problèmes de la physique en général, mais c’est l’exploration des propriétés électriques de la matière qu’il considère comme le but principal de ses recherches. Il imagine un modèle d’atome où les électrons sont incorporés dans un noyau positif (le « pudding ») qui est plus tard modifié par Rutherford.Rutherford Il reçoit le prix Nobel de physique en 1906.

29 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Rutherford Ernest Rutherford (1871-1937) est connu pour ses travaux sur la constitution de la matière, la radioactivité, l’ionisation des gaz. Avec Aston, il détermine la masse du neutron dont il a déjà prévu l’existence. En 1911, il imagine un modèle d’atome analogue au système solaire, formé d’un noyau central et d’électrons satellites situés à de grandes distances. Il reçoit le prix Nobel de chimie en 1908.

30 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Bohr Niels Bohr (1885-1962). C’est un physicien danois qui reçoit en 1922 le prix Nobel pour sa théorie sur la structure de l’atome. Grand sportif, Bohr fait également preuve d’une énergie intellectuelle étonnante : il peut parler à quelqu’un pendant des heures sans laisser son interlocuteur ouvrir la bouche, ou encore rester deux jours sans parler.

31 LA FOLLE HISTOIRE DE L’ATOME Pour les plus rapides … C’est pas sorcier vidéo n°1 vidéo n°2 vidéo n°3 vidéo n°1 vidéo n°2 vidéo n°3


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