L`atome, une histoire de 25 siècles

L’atome, une histoire de 25 siècles.
Dès l’Antiquité, des philosophes grecs se sont interrogés sur la constitution de la matière.
Les philosophes Thales de Millet et Empédocle énoncèrent la théorie des quatre éléments, selon laquelle tous les corps
étaient formés à partir de quatre éléments : l’eau, la terre, l’air et le feu, qui se combinaient en différentes proportions. Cette
théorie s’appuyait sur des observations comme par exemple la combustion d’un charbon de bois : il y a production de « feu »,
de fumée (« l’air »), de vapeur (« l’eau ») et de cendre (« la terre »).
Un autre philosophe grec, Démocrite, énonce, au Ve siècle avant notre ère, sa théorie atomique (le mot atome vient du grec
atomos et signifie qu’on ne peut couper). Démocrite pense que la matière est constituée d’atomos, invisibles à cause de leur
extrême petitesse, indivisibles et s’assemblant pour former les objets qui nous entourent.
Cette théorie fut rejetée du fait de l’impopularité de Démocrite au profit de la théorie des quatre éléments reprise et soutenue
par un célèbre philosophe grec du nom d’Aristote. Aristote affirmait que les atomos ne pouvaient exister puisqu’invisibles.
Et la théorie des quatre éléments resta en vigueur jusqu’au XVIII e siècle.
Au début du XIXe siècle, après les travaux de Dalton, considéré comme le père de la théorie atomiste actuelle, l’existence des
atomes ne fait plus de doute.
Pour les scientifiques de l’époque, il s’agit alors d’en préciser la structure et d’élaborer un modèle cohérent pour décrire ces
particules microscopiques dont le diamètre est de l’ordre du dixième de nanomètre, c'est-à-dire 10-10 m.
A la fin du XIXe siècle, les scientifiques découvrent la présence, au sein des atomes, de particules négatives, appelées
électrons* dès 1891.
Les savants de l’époque savent aussi que les atomes sont électriquement neutres. Donc, s’ils contiennent des électrons, ils
doivent aussi contenir des charges positives pour compenser ces charges négatives. En 1902, un physicien britannique du nom
de Thomson imagine l’atome « fourré aux électrons » Voir document n°1
En 1910, un autre britannique nommé Rutherford bombarde une très mince feuille d’or avec des particules alpha (α)*. Il
constate que pratiquement toutes ces particules traversent la matière comme de rien n’était, tandis que d’autres, très rares,
ricochent sur des points durs. En 1911, pour interpréter cette expérience que le modèle de Thomson n’explique pas, Rutherford
propose un nouveau modèle : l’atome planétaire. Dans ce modèle, toutes les charges positives sont rassemblées dans un noyau
central, très petit et très dense ; et les électrons, très éloignés du noyau, tournent autour, comme les planètes autour du Soleil.
Voir document n°2
Depuis, d’autres modèles plus complexes ont permis d’expliquer de nombreux autres phénomènes. Mais même le modèle le
plus récent n’est sûrement pas le dernier.
Actuellement, on sait qu’il n’est pas possible d’associer aux électrons une trajectoire bien définie mais on sait calculer leur
probabilité de présence autour du noyau.
Cette impossibilité de localiser les électrons dans les atomes conduit à parler de nuage électronique en considérant l’ensemble
des électrons. Voir document n°3
.* Le mot électron vient du grec et signifie « ambre ». Cette matière est connue depuis la Grèce antique pour ses propriétés
électriques : lorsqu'elle est frottée, elle se charge électriquement, générant des phénomènes d'électricité statique.
* Les particules alpha (α) sont des particules extrêmement petites (de taille bien inférieure à celle d’un atome d’or).
QUESTIONS :
1) Quelles sont les deux théories qui s’opposaient dans l’antiquité pour expliquer la constitution de la matière ? Explique en
quelques mots chacune d’elles.
2) Qui a imaginé pour la première fois, que la matière était constituée d’atomes ? A quelle époque ?
3) Combien de temps la théorie d’Aristote resta-t-elle en vigueur ?
4) Quel scientifique mit en évidence l’existence des atomes ?
5) Thomson, né à Manchester, comparait l’atome à un « pudding » (gâteau à base de pâte et de raisins secs). Qu’est-ce qui dans
un atome pouvait jouer le rôle de la pâte ? A quoi comparait-il les raisins ?
6) Pourquoi Rutherford pouvait-il affirmer que le diamètre du noyau était très petit, comparé au diamètre de l’atome entier ?
7) A partir des éléments du document n°3, calcule le quotient : diamètre de l’atome / diamètre du noyau (utilise les puissances
de dix). Commente ce résultat.
8) Si on modélisait le noyau d’un atome par une balle de 6,5 cm de diamètre, quel serait approximativement le diamètre de
l’atome ? Exprime ce résultat en km.
Document n°1
Document n°3
Dans le modèle de Thomson, l’atome est décrit
comme une sphère remplie de « substance »
électriquement positive et « fourrée » d’électrons
négatifs immobiles.
Document n°2
Illustration de l’expérience de Rutherford en 1910.
Le noyau est 100000 fois plus petit que l’atome :
les particules alpha (α) traversent les atomes sans
problème, sauf celles qui frappent directement le
noyau. Les électrons sont si légers qu’ils sont
incapables de dévier les particules α .