STRUCTURE DE LA MATIERE ET CONDUCTION ELECTRIQUE Rappels Composition de l’atome Charge de la matière Masse de l’atome Les tailles de l’atome et de son noyau Dimension de certains objets Conduction des métaux De nombreuses informations sont extraites du site: http://www.cea.fr/jeunes/themes/la_radioactivite/l_atome

Rappels: structure de la matière Si nous prenons comme exemple l’eau, les plus petites particules qui composent l’eau sont les molécules d’eau de formule chimique H2O. Ces molécules sont composées d’atomes. Il est impossible d’observer les molécules d’eau à l’œil nu ni au microscope optique. Les représentations réalisées correspondent à un modèle. un atome d’oxygène deux atomes d’hydrogène

Composition de l’atome « Un atome est composé : - d’un noyau central (…) - d’un nuage périphérique composé d’un cortège d’électrons, qui tournent à des vitesses prodigieuses autour du noyau. » noyau Nuage électronique © Yuvanoe Suite

Il est impossible de vraiment se représenter les trajectoires des électrons : seules des formules mathématiques permettent de prédire dans le nuage qu’ils forment autour du noyau, les zones où l’on a le plus de chances de les rencontrer. Il existe beaucoup d’atomes différents mais ils sont tous fabriqués à partir d’électrons, tous identiques.

Charge de la matière Un atome est électriquement neutre. Le noyau est chargé positivement et un électron est chargé négativement. Un atome dans son état normal comprend autant de charges positives dans son noyau qu’il ne possède d’électrons : il est donc électriquement neutre.

Masse de l’atome Dans l’atome, la masse n’est pas répartie de façon homogène. (…) Le noyau concentre quasiment toute la masse de l’atome et la matière dont est fait un noyau est un million de milliards de fois plus dense que la matière ordinaire. Si tous les noyaux de la Terre venaient à se toucher, notre planète aurait à peine plus de cent mètres de diamètre et un grain de sable pèserait plus d’une tonne.

Les tailles d’un atome et de son noyau Le diamètre du nuage électronique sphérique de l’atome est de l’ordre de 10-10 mètre. Cette taille est vraiment minuscule. Pour atteindre un centimètre, il faudrait aligner 100 millions d’atomes. Le noyau est encore beaucoup plus petit. Il occupe une sphère d’un diamètre de 10-15 mètre en moyenne. Cliquer sur le rectangle correspondant à la bonne réponse: Le noyau est près de un million de fois plus petit que l’atome avec son nuage d’électrons cent mille fois plus petit que l’atome avec son nuage d’électrons mille fois plus petit que l’atome avec son nuage d’électrons

Réponse fausse. Il faut diviser le diamètre du nuage électronique sphérique de l’atome par le diamètre du noyau c’est-à-dire: diamètre de l’atome 10-10 diamètre du noyau 10-15 = = 105 = 100 000 Revenez à la diapositive précédente pour cocher la bonne réponse avec cette flèche:

L’espace entre le noyau et le nuage d’électrons est vide. Réponse juste, le noyau est bien près de 100 000 fois plus petit que l’atome .  L’espace entre le noyau et le nuage d’électrons est vide.  Compléter la représentation schématique ci-contre dans le questionnaire. Le diamètre de cette sphère a une dimension réelle de 10-10 m. Sachant qu’un nanomètre vaut 10-9 m, la taile de l’atome est de l’ordre de 0,1 nm. C’est le cortège d’électrons qui détermine le contact entre les atomes entre eux.

Dimensions de certains objets : Vous avez amené un objet de petite taille qui est très gros par rapport aux nano-objets développés actuellement par la recherche et qui seront au cœur des nouvelles technologies. Un nano-objet est un corps dont au moins une des dimensions (longueur, diamètre, épaisseur) est de l’ordre du nanomètre (on entend par là comprises entre 1 et 100 nanomètres). Nous avons choisi cette définition , à cause des nanotubes de carbone qui, bien qu'ayant un diamètre de quelques nanomètres, peuvent désormais atteindre une longueur de l'ordre du centimètre. Afin de mieux imaginer les dimensions du monde nano correspondant aux nano-objets, ouvrir le site à l’adresse suivante, écouter le voix off puis ouvrir le dossier « monde nano » et « qu ’est-ce le monde nano animation ». http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosnano/decouv/intro/intro.htm Quelques applications actuelles: http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosnano/decouv/01/01_2/01_2.htm

Conduction des métaux Surface de cuivre obtenue au microscope à effet tunnel. Extrait: http://www.canal-u.fr/producteurs/science_en_cours/dossier_programmes/les_nanotechnologies/entrons_dans_le_nanomonde/microscope_a_effet_tunnel Les métaux, comme le cuivre sont constitués d’un assemblage ordonné d’atomes. Si nous pouvions grossir davantage cette représentation, nous verrions les électrons se déplacer de façon aléatoire autour du noyau. Modélisation:

    Ouvrir l’animation de la modélisation de la circulation du courant électrique à l’adresse suivante: ftp://ftp.discip.crdp.ac-caen.fr/discip/phch/college/troisieme/animelec.exe En appliquant une tension, certains électrons, les plus éloignées du noyau, appelés électrons libres, assurent la circulation du courant électrique. Observer l’animation, fermer l’interrupteur et augmenter progressivement la tension. Attention, le générateur ne fabrique pas d’électrons libres mais il les met en mouvement. Chaque électron libre se déplace lentement quand le circuit est fermé mais le signal est propagé très rapidement dès la fermeture du circuit.