Atomes et éléments : les origines d`un modèle

Centre de Documentation pour
l'Enseignement Secondaire et
Supérieur
www.cdess.org
Mémosciences
www.memosciences.be
ELEMENTS ET ATOMES
Petite histoire d'un modèle d'après
ses textes fondateurs
Conception Thérèse Mayer ([email protected])
Mise en page A. Mommens
Diffusion "Centre de Documentation en Sciences pour l'Enseignement Secondaire"
dans le cadre du Projet Solvay-Capp "Bâtir le troisième millénaire"
Groupe Matière et Eléments.
Version informatisée : Jacques Koplowicz ([email protected])

ELEMENTS ET ATOMES - Petite histoire d'un modèle d'après ses textes fondateurs
Table des matières
Introduction: Atomes et éléments : les origines d'un modèle.............................................................................4
L'élément......................................................................................................................................................................4
Définitions................................................................................................................................................................4
Les premiers modèles d'éléments ......................................................................................................................6
Les atomes ...................................................................................................................................................................8
Lavoisier..........................................................................................................................................................................10
Texte fondamental Lavoisier.................................................................................................................................12
Questionnaire Lavoisier ..........................................................................................................................................12
Textes complémentaires sur Lavoisier................................................................................................................13
Exercice 1 Lavoisier.................................................................................................................................................14
Exercice 2 Lavoisier ................................................................................................................................................16
Conclusion...................................................................................................................................................................18
De Lavoisier à Dalton...................................................................................................................................................19
Dalton..............................................................................................................................................................................21
Texte fondamental Dalton .................................................................................................................................... 22
Questionnaire........................................................................................................................................................... 22
Textes complémentaires Dalton .......................................................................................................................... 23
Exercice 1 Dalton.....................................................................................................................................................24
Exercice 2 Dalton.................................................................................................................................................... 26
Conclusion.................................................................................................................................................................. 27
Avogadro........................................................................................................................................................................ 28
Texte fondamental Avogadro............................................................................................................................... 29
Questionnaire........................................................................................................................................................... 29
Textes complémentaires Avogadro..................................................................................................................... 30
Exercice 1 Avogadro ...............................................................................................................................................32
Exercice 2 Avogadro...............................................................................................................................................33
Conclusion.................................................................................................................................................................. 34
D'Ampère à Mendeleïev............................................................................................................................................. 35
Mendeleïev .................................................................................................................................................................... 40
Texte fondamental Mendeleïev.............................................................................................................................41
Questionnaire............................................................................................................................................................41
Textes complémentaires Mendeleïev................................................................................................................. 43
Exercice 1 Mendeleïev............................................................................................................................................ 47
Exercice 2 Mendeleïev ...........................................................................................................................................49
Conclusion.................................................................................................................................................................. 50
Un anti-atomiste: Berthelot.......................................................................................................................................51
Texte fondamental Berthelot...............................................................................................................................52
Questionnaire........................................................................................................................................................... 52
Textes complémentaires Berthelot .................................................................................................................... 53
Exercice 1 Berthelot............................................................................................................................................... 57
Exercice 2 Berthelot.............................................................................................................................................. 58
Conclusion.................................................................................................................................................................. 59
Du 19ème au 20ème siècle.............................................................................................................................................. 60
Perrin, Rutherford et Millikan...................................................................................................................................61
Textes fondamentaux ............................................................................................................................................ 62
L'atome selon Jean Perrin................................................................................................................................. 62
La structure atomique de Rutherford............................................................................................................ 63
L'électron selon R.A. Millikan ........................................................................................................................... 64
Questionnaire Perrin Rutherford Millikan.........................................................................................................66
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Textes complémentaires........................................................................................................................................ 67
Perrin...................................................................................................................................................................... 67
Millikan................................................................................................................................................................... 68
Exercice 1 Millikan ..................................................................................................................................................70
Exercice 2 Perrin......................................................................................................................................................71
Conclusion.................................................................................................................................................................. 73
Et la suite de l'histoire.............................................................................................................................................. 74
Les électrons atomiques......................................................................................................................................... 74
Le noyau..................................................................................................................................................................... 74
Quelques mots sur la radioactivité...................................................................................................................... 75
Réponses aux exercices .............................................................................................................................................76
Résumé du texte sur Lavoisier............................................................................................................................. 76
Réponses Lavoisier ..................................................................................................................................................76
Réponses exercice 1 Lavoisier .............................................................................................................................. 77
Réponses exercice 2 Lavoisier.............................................................................................................................. 78
Résumé du texte sur Dalton..................................................................................................................................79
Réponses exercice 1 Dalton................................................................................................................................... 80
Réponses exercice 2 Dalton...................................................................................................................................81
Résume du texte Avogadro ...................................................................................................................................82
Réponses Avogadro .................................................................................................................................................82
Réponses exercice 1 Avogadro ............................................................................................................................. 84
Réponses exercice 2 Avogadro............................................................................................................................. 85
Résumé du texte Mendeleïev................................................................................................................................ 86
Réponses Mendeleïev.............................................................................................................................................. 86
Réponses exercice 1 Mendeleïev.......................................................................................................................... 87
Réponses Exercice 2 Mendeleïev......................................................................................................................... 88
Résumé du texte Berthelot................................................................................................................................... 89
Réponses Berthelot................................................................................................................................................. 89
Réponses exercice 1 Berthelot............................................................................................................................. 90
Réponses exercice 2 Berthelot.............................................................................................................................91
Résumé 1 Perrin........................................................................................................................................................ 92
Résumé 2 Rutherford............................................................................................................................................. 92
Résumé 3 Millikan.................................................................................................................................................... 92
Réponses Perrin Rutherford Millikan.................................................................................................................. 93
Réponses exercice 1 Millikan................................................................................................................................. 94
Réponses exercice 2 Perrin...................................................................................................................................94
Réponses exercice 3 Perrin...................................................................................................................................94
Petite histoire chronologique de l'élément et de l'atome ................................................................................. 95
Des dates, des hommes et des idées...................................................................................................................... 97
Lexique........................................................................................................................................................................... 98
Bibliographie............................................................................................................................................................... 100
Quelques sites Internet ...........................................................................................................................................101
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Introduction: Atomes et éléments : les origines d'un modèle
Si nous regardons la nature autour de nous, elle nous frappe par son incroyable diversité. Comprendre
le monde, c'est essayer d'y mettre de l'ordre, de regrouper les substances et les phénomènes en
catégories (classer) et de ramener les matières diverses à un petit nombre de principes plus simples.
Ce fut l'effort, dès le 6ème siècle avant notre ère, des premiers philosophes grecs qui vont rechercher
les principes des choses.
Le mot "principe", en latin
principum , désigne ce qui est au début, ce qui est premier. Comparons avec
les nombres premiers, qui n'ont pas d'autres diviseurs qu'eux-mêmes.
Cette recherche de la simplicité va prendre deux directions:
• la recherche de la simplicité qualitative: les éléments;
• la recherche de la simplicité quantitative: les atomes.
L'élément
Définitions
Aujourd'hui, "élément" signifie principe constitutif des corps matériels (Petit Robert).
Selon P. Arnaud, l'élément est l'ensemble des atomes et des ions qui possèdent le même numéro
atomique.
Comparons avec la définition d'Aristote (384-322)
"le corps auquel on aboutit en décomposant les autres corps, qui est présent en eux en
puissance ou en acte ..., e qui est lui-même indécomposable en constituants spécifiquement
distincts de lui". Ailleurs, il dit: "l'élément est le fondement de l'être pour toutes les
choses qui sont et l'origine première de leur devenir aussi bien que le terme dernier de
leur corruption, la substance demeurant présente et subissant de simples
transformations". Ou encore: "Elément se dit du premier composant immanent d'un être et
indivisible en parties spécifiquement différentes; par exemple, les éléments du mot sont
les parties dont est composé le mot, et dans lesquelles on le divise ultimement, parties
qu'on ne peut plus diviser en d'autres éléments d'une espèce différente de la leur. De
même ceux qui traitent des éléments des corps appellent ainsi les ultimes parties en
lesquelles se divisent les corps, partie qu'on ne peut plus diviser en d'autres corps
d'espèce différente. Que les choses de cette nature soient une ou plusieurs, il les appelle
éléments. Il en est à peu près de même pour ce qu'on nomme éléments des propositions
mathématiques, et, en général, pour les éléments de démonstrations".
t
On voit déjà apparaître ici les caractéristiques fondamentales de la notion d'élément:
• on y parvient en décomposant les corps;
• on ne peut le décomposer. Il est donc simple, c'est-à-dire qu'il ne contient pas d'autres substances;
• inversement, il peut se combiner à d'autres substances et donner des composés.
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Le mot qui désigne "élément" en latin, elementum , et son correspondant grec, stoicheion désignent
aussi les lettres de l'alphabet. De même que les lettres de l'alphabet se combinent pour fournir des
mots et des phrases, les éléments se combinent pour donner les phénomènes physico-chimiques.
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