L`atome -

Le modèle de l’atome
Ce cours est très long, les commentaires sont écrits en bleu
Qu’est-ce qu’on obtient lorsque l’on coupe indéfiniment un grain de sable ?
I.Histoire du concept de l’atome
I.a. Deux sortes de charges électriques
La matière est constituée de charges électriques positives et négatives. La matière est
électriquement neutre.
Expérience du scotch
Démocrite d'Abdère (vers 460-370 av. J.-C.), expliquait que la matière était constituée de
corpuscules (les atomes) en perpétuel mouvement et dotés de qualités idéales; ces
corpuscules étaient:
 Invisibles à cause de leur extrême petitesse
 Insécables ou indivisibles comme leur nom l'indique
 Pleins (pas de vide à l'intérieur)
 Eternels car parfaits
 Entourés d'un espace vide (pour expliquer le mouvement et les changements de
densité)
 Ayant une infinité de formes (pour expliquer la diversité observée dans la nature)
I.b. Théorie des 4 éléments
Au IVe siècle avant Jésus-Christ, Empédocle propose cette théorie: l'Univers est formé de
quatre éléments: la terre, l'eau, l'air et le feu. Aristote adopte l'idée d'Empédocle qui constitue
le modèle continu de la matière. Il s'oppose à la théorie de Démocrite, car il nie l'existence
du vide associé à la discontinuité de la matière. Il évoque aussi que l'air et le feu ne peuvent
pas être composés de particules, car ces deux substances s'élèvent dans le ciel et ne retombent
pas au sol comme tous les objets solides.
Aristote renforce la «théorie des quatre éléments» d'Empédocle en attribuant des qualités à
chacun des quatre éléments fondamentaux: froid, sec, chaud et humide. Ces caractéristiques,
accolées deux à deux, forment ces éléments. Ceux-ci, à leur tour, composent l'Univers entier.
Cette théorie parvient à expliquer plusieurs phénomènes physiques.
Aujourd'hui, nous savons qu'Aristote fut considéré comme le plus grand philosophe et le
détenteur de la vérité en Occident durant plusieurs siècles. Ses écrits couvrirent la totalité du

savoir de l'époque. Son influence se fit sentir dans tous les domaines (politique, sciences,
philosophie, théologie, éthique, rhétorique, etc.) C'est fort probablement pour cette raison que
sa théorie fut adoptée à l'unanimité par les penseurs de l'époque, au détriment du modèle de
Démocrite, qui se rapprochait beaucoup plus du modèle considéré aujourd'hui.
Ce n'est qu'au début du XIXe que la théorie atomique de Démocrite refit surface avec John
Dalton. Il aura fallu attendre plus de 2 000 ans avant de sortir de l'impérialisme de la pensée
d'Aristote.
En résumé, la conception de la matière selon Aristote:
 La matière est continue et uniforme (théorie de la
continuité de la matière).
 La matière est composée de quatre éléments: terre, air, eau,
feu.
 Les quatre caractéristiques fondamentales sont: froid, sec,
chaud, humide.
 Le vide n'existe pas.
I.c. Les alchimistes
Née au Moyen-Age, l'alchimie est née des progrès de la métallurgie et de
l'insuffisance de la théorie des 4 éléments à représenter la diversité de la matière.
Le grand dessein de l'alchimie était d'obtenir la
transmutation des métaux "vils" (tels que le cuivre) en
métaux "nobles" tels que l'or. Sans doute parce que le
succès du "Grand Oeuvre" (la transmutation) ouvrait
des perspectives de richesse et de pouvoir, l'activité des
alchimistes s'entourait de secret et s'inscrivait dans une
démarche très ancienne d'ésotérisme et d'occultisme.
La démarche de l'alchimie (comme celle de l'astrologie d'ailleurs) établissait des liens
symboliques qui unissaient le microcosme au macrocosme (monde des planètes). Par
exemple, l'élément Plomb était associé à la planète Saturne car celle-ci nous apparaît d'une
couleur jaune "plombée".
Malgré leur croyance ésotérique, les alchimistes développèrent l'observation,
l'expérimentation, la mesure et la classification des éléments: l'alchimie est donc un
précurseur respectable de la chimie. D'ailleurs n'oublions pas que Newton en fut adepte et que
la physique actuelle a réalisé le vieux rêve de la transmutation en transformant certains
atomes en d'autres.

C'est en 1669 que l'alchimiste allemand Henning BRAND (ci-dessus) découvrit
le phosphore en cherchant à extraire la pierre philosophale de l'urine humaine.
L'extraction à partir de l'urine fut à nouveau utilisée par Johann KUNCKEL en
Allemagne et Robert BOYLE en Angleterre.
Au XVIIIème siècle, Carl Wilhelm SCHEELE mit au point le procédé de
préparation à partir des os d'animaux, procédé qui porte maintenant son nom.
Ce n'est qu'à partir de 1838 que le phosphore commenca à être préparé
industriellement.
 C' est un poison.
 Le phosphore s'enflamme spontanément dans l'air à partir de 34°C.
Il faut le conserver dans des fûts remplis d'eau.

I.d. Expérience de Lavoisier et Laplace, juin 1783.(décomposition de
l’eau)
1776 Lavoisier analyse l’air.
 Oxydation du mercure, l’eau monte dans le tube toujours au même
niveau.
 Lorsqu’on met un animal dans le volume restant celui-ci meurt.
Conclusion l’air est composé de deux gaz dont un indispensable à
la vie. L’air n’est donc pas un élément.
1776 Lavoisier décompose l’eau.
L’eau n’est donc pas un élément. Lavoisier troisième.wmv
Juin 1783 Lavoisier et Laplace décomposent l’eau en deux gaz l’un inflammable et l’autre
vitale l’eau n’est donc pas un élément
1785 Lavoisier réalise la synthèse de l’eau avec de l’hydrogène et de l’oxygène.
I.e. Découverte de la première charge électrique par W.Crookes et J
Perrin : l’électron.
En 1895 Jean Perrin (1870-1942) met en évidence des particules chargées négativement : les
électrons
Eau avec une
solution
d’hydroxyde
de sodium
(Na+ + OH- )

En 1895, le physicien allemand Wilhem Conrad Röntgen (1845-1923) commence une série
d'expériences qui ont pour but d'étudier la pénétration des rayons cathodiques dans le verre.
Röntgen enveloppe le tube cathodique d'un papier noir opaque pour ne pas être dérangé par sa
lumière émise. En branchant la haute tension, il observe qu'un écran en carton recouvert de
platinocyanure de baryum fluorescent, situé à plus de deux mètres du tube cathodique, émet
une lueur verdâtre (fluorescence). Le phénomène arrête dès que le courant est coupé.
Le physicien refait l'expérience en reculant l'écran de plusieurs centimètres. Le même
phénomène se produit de nouveau. Il en déduit donc que cet effet ne peut pas être dû aux
rayons cathodiques eux-mêmes.
Un rayonnement invisible, inconnu, semble traverser le papier noir du tube cathodique pour
aller exciter la fluorescence de l'écran. Ces rayons sont-ils vraiment pénétrants, peuvent-ils
véritablement traverser la matière? Pour répondre à ses interrogations, il
décide de placer divers objets entre le tube cathodique et l'écran fluorescent:
une feuille de papier, de carton, d'aluminium, du bois, du verre, du
caoutchouc... Il constate que la fluorescence persiste. En plaçant sa main entre
le tube et l'écran, il en voit le squelette projeté sur l'écran. Il constate
cependant qu'une mince feuille de plomb ou de platine fait disparaître
complètement cette fluorescence. Pour convaincre les gens de la réalité de ce
qu'il voit, il enregistre ces images sur des plaques photographiques (ensemble
de poids enfermés dans une boîte, boussole dont l'aiguille est complètement enfermée dans du
métal, etc.). Ne sachant comment baptiser ces rayons invisibles et pénétrants, Röntgen les
nomme «rayons X». Ce qui lui vaut le prix Nobel de physique en 1901.
Il observe aussi que ces rayons ne sont pas déviés par un champ magnétique, donc qu'ils ne
portent pas de charge électrique. Ils sont donc différents des rayons cathodiques observés
Jean-Baptiste Perrin la même année. Ces derniers étaient déviés par un champ magnétique et
J. J. Thomson démontrera qu'ils le seront aussi par un champ électrique.
Expérience de Jean Perrin (1870-1942) en
1895