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 ...

Un matin, vers la fin du Ve siècle av. J. -C Un matin, vers la fin du Ve 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.

Ils imaginent que la matière est constituée de particules indivisibles ... … qu’ils appellent atomes.

Que signifie le mot atome ? Le mot atome vient du latin atomus et du grec atomos signifiant « que l’on ne peut couper ».

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 L’hypothèse atomique est abandonnée ... La terre L’eau

Ce n’est que bien plus tard, au XIXe 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.

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.

L’idée d’une coquille d’électrons entourant un noyau positif commence à émerger. 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. Ce modèle, venu de Grande-Bretagne, est appelé modèle du « pudding ». Modèle du « pudding » substance positive électrons

L’atome fourré aux électrons substance positive électron

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

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

Expérience de Rutherford : schéma de l’expérience

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.

OBSERVATIONS Une tache fluorescente très intense apparaît au centre de l’écran E2. 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

Représentation schématique de la trajectoire des particules α à travers la feuille d’or.

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.

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 :

Le modèle planétaire électron noyau

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

L’atome de Bohr Les électrons sont vus comme des objets se déplaçant sur des orbites bien définies.

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.

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

Le modèle probabiliste La densité du nuage autour du noyau repré-sente la probabilité de présence des électrons. noyau

Récapitulatif des modèles de l’atome

Les différents savants :

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.

Dalton 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. 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.

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. Il reçoit le prix Nobel de physique en 1906.

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.

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.

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