h Guy COLLIN, Généralités sur l’atome Physique atomique Chapitre 1

Physique atomique Chapitre 1 : Généralités sur l’atome n La notion d’atome remonte à l’Antiquité. n Qu’est-ce au juste qu’un atome ? n La matière est-elle constituée d’un milieu homogène, continu, divisible à l’infini ? n Ou au contraire est-ce un milieu inhomogène ?

Historique des conceptions de l’atome Atome : mot inventé par les grecs. C’est la plus petite partie d’un matériel que l’on peut obtenir sans altérer ses propriétés. Les expériences de chimie, puis de physique, puis l ’approche théorique ont permis de raffiner, et finalement de bien connaître l’atome.

L'étude de la décharge dans les gaz raréfiés a montré que les atomes dont est constituée toute matière sont formés d'un constituant universel, les électrons. et de constituants chargés positivement, emportant avec eux la quasi-totalité de la masse de l'atome. En spectrométrie de masse, on a observé les espèces H +, H 2 +, He +, H , Cl , etc. mais jamais H ++. Historique des conceptions de l’atome

Le modèle de THOMSON Le modèle ressemble à une orange (le noyau) au sein de laquelle s’enfoncent les pépins (les électrons). électrons

ee Le modèle ressemble à un système planétaire où les planètes (les électrons) tournent autour du soleil (le noyau). Le modèle de PERRIN Z+Z+

Autres modèles atomiques Modèle de NAGAOKA Modèle de LENARD

Choisir entre les deux modèles n C’est RUTHERFORD et GEIGER (1911) qui vont mettre au point l’expérience permettant de choisir entre les deux modèles. n La manipulation est basée sur la déviation d’un faisceau de particules  à travers un matériel solide. n Si la grande majorité des particules ont été déviées, il faudra retenir le modèle de THOMSON, et inversement.

Dispositif de RUTHERFORD et GEIGER

Expérience de RUTHERFORD et GEIGER : déviation des rayons  Plus la particule  s’approche du noyau chargé positivement et plus elle sera déviée par répulsion électrostatique. noyau Z e+ Z e+  P Source de rayons  He ++

Observations quantitatives Le nombre de particules  déviées est peu élevé. Il y a aussi des retours en arrière en nombre significatif. Nombre de noyaux angle   > 2 > 1

Observations de RUTHERFORD La déflexion d’une particule  est causée par un seul atome. n L’interaction atome-particule obéit à la loi électrostatique de COULOMB.

Explications quantitatives Les trajectoires des particules  sont paraboliques : n La fraction de particules déviées d’un angle  peut être calculée :

Conséquences de l’expérience de RUTHERFORD et GEIGER n Le modèle à retenir est le modèle de PERRIN, le modèle planétaire. Puisque l’on peut mesurer des distances aussi petites que 10  14 m entre la direction incidente du rayonnement et les noyaux des atomes, le diamètre de ces noyaux doit être inférieur à cette dimension. Comme le diamètre de l’atome est de l’ordre de 10  9 m, l’atome est essentiellement vide.

Conclusion n Modèle planétaire, l’atome est constitué d’un noyau autour duquel gravitent des électrons. n C’est donc un milieu essentiellement constitué de vide. n L’atome en est l’élément ultime quant à la matière classique.