Pour comprendre le caractère conducteur des métaux, il faut étudier

Histoire des sciences… « la longue histoire de l’atome »
Pour comprendre le caractère conducteur des métaux, il faut étudier la structure des métaux à l’échelle de
l’infiniment petit, là où se « cachent », au cœur de la matière, les particules qui les constituent. On sait depuis la
classe de 4ème que toute matière est constituée de molécules ou d'atomes.
« Qu’est ce qu’il y dans la matière ? » C’est une questions qui depuis longtemps intéresse les Hommes de sciences.
Dès l’Antiquité, les scientifiques grecs se sont penchés sur cette question. Le philosophe Aristote énonça la théorie
des quatre éléments, selon laquelle toute matière était formée à partir de quatre éléments (substance élémentaire
que l’on ne peut décomposer en d’autres substances ) : l'eau, la terre, l'air et le feu. D’après lui, ces éléments se
combinent en différentes proportions pour former la matière. Cette théorie s'appuyait essentiellement sur des
observations : par exemple, au cours de la combustion d'un morceau de bois : il y a production de « feu », de fumée
(« l'air »), de vapeur
(« l'eau ») et de cendres (« terre »).
Un autre philosophe grec nommé Démocrite conteste la théorie des 4 éléments d’Aristote et propose au
Vème siècle avant notre ère une théorie différente : d’après lui, la matière est constituée de particules
invisibles (car extrêmement petite), indivisible et en perpétuel mouvement. Cette théorie fut baptisée la
théorie atomique. Le mot « atome » vient du grec « atomos » qui signifie insécable (qu'on ne peut
diviser). Cette théorie fut rejetée par Aristote qui était très influent à son époque (384-322 av JC). Il
affirmait que les « atomos » ne pouvaient exister puisque invisibles à ses yeux et la théorie des quatre
éléments resta en vigueur jusqu'au XVIIIe siècle.
ème
Vers le XV
siècle, des savants commencèrent à progresser dans la connaissance de la matière et à remettre en
doute les concepts d’Aristote sur la constitution de la matière. La présentation d’expériences devant le roi devenaient
à la mode.
C’est en 1783 que le chimiste français Antoine Lavoisier ( 1743 - 1794 ) réussi à décomposer l’eau…l’eau n’est donc pas
une substance élémentaire comme Aristote le prédisait...
Le chimiste britannique John Dalton (rien à voir avec Lucky Luke) ( 1766 - 1844 ) étudia les réactions chimiques et fut
le premier en 1805 à prouver et à annoncer au monde l’existence des atomes. D’après lui, ces particules microscopiques
ont un diamètre de l'ordre du dixième de nanomètre, c'est à dire 10-10 m. D’après lui, les atomes se combinent dans
des proportions bien définies pour former des molécules.
En 1881, Sir Joseph John Thomson, (1856-1940), physicien de nationalité anglaise,
découvre l’un des composant des atomes : il s’agit de particules élémentaires qui portent
une charge électrique négative qu’il nomma « électron ». Thomson en déduit alors que si les
atomes contiennent des charges négatives, ils doivent également contenir des charges
électriques positives pour compenser car la matière est toujours globalement
électriquement neutre (non chargée). Ainsi, Thomson avança en 1898 la théorie du «pain
aux raisins» selon laquelle les atomes sont constitués d’électrons qui sont considérés
comme des «raisins» négatifs enfoncés dans un «pain» de matière positive (voir fig.1).
fig.2 : Modèle de
l’atome selon Rutherford
fig.3 : illustration de
l’expérience de
Rutherford en 1910
fig.1
Modèle de l’atome
selon Thomson
En 1910, Ernest Rutherford (1871-1937) eu l’idée de bombarder une très mince feuille d'or avec
des particules  (alpha) (fig.3). Il constata que pratiquement toutes ces particules traversent
la matière comme si de rien n'était, tandis que d'autres très rares, ricochent sur des « points
durs » (fig.4). Il en déduit alors que l’atome est constitué principalement de vide. Après un
petit calcul, il trouve que la majorité de la masse de l’atome est concentrée dans un noyau
minuscule par rapport au reste de l’atome. Les dimensions du noyau sont de l’ordre de 10-15m
(100 000 fois moins que les dimensions de l’atome ) et sa charge électrique globale compense celle
des électrons. Entre les électrons et le noyau il n'y a que du vide.
Rutherford proposa alors un modèle planétaire pour décrire un
atome(fig.2). En effet, la masse du système solaire est
essentiellement concentrée dans le Soleil tout comme celle de l’atome
est concentrée dans le noyau. Il propose donc comme modèle un tout
petit noyau chargé positivement et comportant l’essentiel de la masse
de l’atome, autour duquel les électrons décrivent des orbites
circulaires (comme les planètes autour du Soleil.
Depuis, d'autres modèles plus complexes dont celui de Niels Bohr
fig.4 : les particules 
(1885-1962) selon lequel l’atome est constitué d’un noyau autour
traversent l’atomes sans
duquel tournent des électrons, sans trajectoire particulière : ces
problème, sauf celles qui
électrons forment un nuage électronique. Le modèle de ce physicien
frappent directement le
danois, ont permis d'expliquer de nombreux autres phénomènes.
noyau