Chapitre 0 : Atome et ses Constituants (Prérequis)

CHAPITRE 0 : ATOME ET SES CONSTITUANTS (PREREQUIS)
1)- Définition de l’atome.
Toute substance, vivante ou inerte, est constituée à partir d’atomes. Ils sont le plus
souvent associés les uns aux autres pour former des assemblages plus ou moins
complexes. Ils peuvent former des réseaux cristallins (les métaux) ou des molécules (la
molécule d’eau).
2)- Historique.
La connaissance de l’atome et l’étude de sa structure datent du XIXe siècle. Le
britannique Thomson découvrit l’électron et Rutherford mis en évidence la structure
lacunaire de l’atome (1897).
► Vers 400 ans av. J.-C : Dès 420 avant J.-C : Démocrite (philosophe grec) a l’intuition
de l’existence des atomes et invente leur nom (« atomos » en grec qui signifie insécable).
Ceux-ci sont très petits, de différentes formes (rond ou crochus, lisses ou rugueux) et
s’associent pour former les objets qui nous entourent. Il imagine les atomes pleins et
immuables.
► Vers 350 ans av. J.-C : ARISTOTE (384 – 322 av. J.-C) ne croît pas à l’existence des
atomes. Pour lui, la matière est pleine et est constituée d’un mélange de quatre
« éléments » : le feu, l’air, la terre et l’eau. Son prestige est tel que le modèle de
DÉMOCRITE est abandonné. Il faudra attendre près de vingt siècles pour que la notion
d’atome soit réhabilitée. Aristote (philosophe grec) conteste cette existence et son
prestige est tel qu’il faut attendre le début du XIXème siècle pour que cette idée reprenne
vie.

Figure 1 : Images de Démocrite et d’Aristote et leur définition de l’atome
Les alchimistes du Moyen Age développent une chimie du « pifomètre ». Elle consiste
plutôt en de multiples tentatives d’expériences plus ou moins au hasard en vue d’un but,
par exemple transformer le plomb en or ! Si la compréhension des phénomènes inhérents
aux expériences ne les intéresse pas leurs comptes rendus se révèlent de bonnes sources
d’information pour les premiers chimistes « modernes » tel Lavoisier. En 1647, un
Français, Pierre GASSENDI, remet au goût du jour l’idée d’atomes et affirme que toutes
les substances se composent de particules indivisibles, les atomes. Les atomes diffèrent
par la forme, la grandeur et la masse. Selon lui, l’atome, c’est la même chose que le
matériau de construction des maisons. Avec trois sortes de matériaux – briques, planches
et poutres – on peut construire une foule de bâtisses des plus diverses. De la même façon,
quelques dizaines d’atomes différents permettent à la nature de créer des milliers de
corps absolument différents. Dans chacun des corps, ces atomes se réunissent en petits
groupes que Gassendi appellera « molécules ».

► En 1805, l’Anglais John DALTON (1766 – 1844) reprend l’hypothèse de
DÉMOCRITE. Selon lui, l’atome est une sphère pleine de matière, semblable à une
boule de billard.
Figure 2 : Image de Dalton et sa définition de l’atome.
► En 1897, le physicien John Joseph THOMSON (1856 – 1940) découvre l’un des
composants de l’atome : l’électron, particule chargée négativement.
► En 1904, il propose, John Joseph THOMSON, un modèle dans lequel les électrons
sont plongés dans une sphère chargée positivement, comme des prunes (plum en anglais)
dans un pudding. Dans ce modèle, les électrons dispersés au sein de l’atome équilibrent
la charge positive de la sphère. L’ensemble est électriquement neutre. En 1881, il
découvre l’un des composants de l’atome. Il s’agit de particules élémentaires négatives
appelées en 1891 électrons. Au début du XXème siècle, l’ambition des physiciens est de
proposer un modèle de l’atome en précisant la répartition de la charge électrique à
l’intérieur de celui-ci. Thomson, partant de l’idée que l’atome est électriquement neutre,
pense qu’il doit contenir des charges positives qui doivent compenser les charges
négatives des électrons. Il suppose que la charge positive est répartie dans un petit
volume (qui peut avoir la forme d’une sphère) et qu’elle est parsemée d’électrons
(pudding de Thomson).

Figure 3 : Image de Thomson et sa définition de l’atome.
► En 1909, le physicien et chimiste britannique Ernest RUTHERFORD (1871 – 1937)
bombarde une feuille d’or très fine avec des particules bien plus petites que les atomes
d’or et chargées positivement. Il observe qu’une tache fluorescente intense apparaît au
centre de l’écran et que quelques taches fluorescentes apparaissent à la périphérie de la
tache centrale.
Figure 4 : Schéma de l’expérience de RUTHERFORD.

Vidéo 1 : Expérience de RUTHERFORD.
► Cette expérience a conduit Ernest RUTHERFORD à proposer, en 1911, un nouveau
modèle : Un atome est constitué d’un noyau central très petit autour duquel des électrons
chargés négativement sont en mouvement, comme les planètes autour du
Soleil : L’atome est constitué essentiellement de vide (Modèle planétaire de l’atome).
Ernest RUTHERFORD a ainsi mis en évidence la structure lacunaire de l’atome.
Figure 5 : Modèle de Rutherford.
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