Diaporama sur l`atome

L'ATOME DE L'ANTIQUITÉ À NOS JOURS : HISTOIRE D'UNE
RÉALITÉ
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Des questions sont posées sur un questionnaire papier, il
faut y répondre au fur et à mesure. La feuille de
réponse sera ramassée en fin de séance.

DANS L'ANTIQUITE
Thalès est considéré comme l’un des Sept Sages, ce philosophe,
astronome et mathématicien grec originaire de Milet (Asie Mineure),
est considéré comme le fondateur de la philosophie grecque.
Vers 600 av. J.-C., il désignait l’eau comme le principe de toute
chose, substance primordiale dont procède et dans laquelle retourne
chaque chose
Comme l’affirmera Aristote, cette approche marqua le début de la
pensée scientifique et de la philosophie vouée à la recherche des
lois et des éléments constants de la réalité changeante.
Anaximène considère l'air comme l'élément fondamental. Pour
expliquer comment se constituent les solides à partir de l'air, le
philosophe introduit les notions de condensation et de raréfaction.
Ainsi l'air, invisible en soi, se condenserait sous l'effet de basses
températures et produirait ainsi l'eau, la terre et la matière solide en
général ; en se raréfiant sous l'effet de la chaleur, il donnerait
naissance au feu.
Empédocle (vers 493-433 av. J.-C.), philosophe grec Les fragments qui
subsistent de ses deux poèmes philosophiques (Purifications, et De
la nature), permettent de reconstituer la philosophie d'Empédocle.
Dans ses oeuvres, il affirmait que toute chose se compose des
quatre principaux éléments (ou "racines" ): terre, air, feu et eau.
Deux forces actives et opposées, l’Amour et la Haine, ou l’Amitié et
la Discorde, sont à l’oeuvre dans ces éléments, les combinant et les
séparant en une pluralité infinie de formes.

LA THEORIE DE DÉMOCRITE
Démocrite d'Abdère (vers 470-370 av. J.-C.),disciple du
philosophe grec Leucippe (vers 460-370 av J.-C.), expliquait
l'univers autour de 2 principes :
 Le vide dans lequel se déplacent les particules de matière pure
 Le plein, atomos () constitué de particules de matière
pure : les atomes ou corpuscules.
Selon Démocrite, les "atomes" :
→ se déplacent au hasard dans le vide, se heurtent mutuellement, puis se rassemblent,
en formant des figures pouvant elles-mêmes entrer dans la composition d’objets plus
complexes.
→ sont tous identiques. Ce qui distingue une substance d'une autre est l'arrangement des
atomes.
→ sont :
► invisibles à cause de leur extrême petitesse
► insécables
► pleins
► éternels car parfaits
► entourés d'un espace vide (pour expliquer le mouvement et les
changements de densité)
→ ont une infinité de formes (pour expliquer la diversité observée dans la nature)

DÉMOCRITE BATTU EN BRÈCHE PAR ARISTOTE
Aristote (384 – 322 av. J.-C.) croyait que la matière était continue, qu'elle avait horreur du
vide. C'est la théorie de la continuité. Dans ce modèle, toute matière pouvait être
théoriquement divisée indéfiniment (en entités continues de plus en plus petites).
Théorie d'Aristote
► on trouverait quatre qualités dans la nature : la chaleur, le
froid, l'humidité et la sécheresse.
► Les quatre éléments, terre, eau, air et feu, auxquels il ajoute
un cinquième élément, plus volatil que le feu, l'éther, auraient
chacun deux de ces qualités : Par exemple, le feu serait chaud
et sec, ………...
► Ces éléments et leurs propriétés se combineraient dans
différentes proportions pour former les constituants de la Terre.
Comme on peut modifier l'importance de chaque propriété dans
un élément, ces derniers devraient pouvoir être transformés
l'un en l'autre. Ainsi, le plomb pourrait être transmuté en or.
La théorie présentée par Démocrite serait donc fausse parce qu'elle impliquait que l'âme
humaine était formée en partie de vide.
ARISTOTE devient le plus influent des philosophes grecs.
Du fait de l'omniprésence de la religion, la théorie d'Aristote dominera la philosophie
naturaliste et la pensée scientifique jusqu'au 18e siècle …. presque deux millénaires après
sa mort.

JOHN DALTON, UN PONT ENTRE L'ANTIQUITÉ ET LA CHIMIE MODERNE
Tout comme, au niveau du système solaire, il fallut en effet attendre Galilée pour que la
théorie de l'héliocentrisme supplante la théorie géocentrique qui mettait la Terre au centre
de notre Univers, il faudra attendre John DALTON, au début du XIXème siècle pour que
renaisse de ses cendres l'atome de Démocrite. revoir p.3
Il faudra attendre les années 1780 et le développement de la théorie des éléments
chimiques par Lavoisier pour que la théorie atomique puisse se développer, l'atome
devient une véritable hypothèse scientifique.
En 1803, le physicien britannique John Dalton (1766-1844) combine les idées de
Démocrite et de Lavoisier afin de décrire les réactions chimiques. Il considère que la
matière est faite d'atomes. Contrairement aux atomistes grecs pour qui tous les atomes
étaient identiques, Dalton a l'idée d'associer un atome différent à chaque corps simple, et
de les représenter par un symbole, chaque "atome" ayant une masse propre.
Lors d'une réaction chimique, ces atomes de forme sphérique, pleine, et ayant la
propriété d'être insécables, peuvent se combiner avec d'autres atomes, mais ne sont
jamais détruits. Il décrit ainsi le premier modèle historiquement connu sous le nom de
"Modèle de Dalton".
Cependant l'existence des atomes est à cette époque loin d'être une certitude puisque
qu'aucune expérience ne permet alors de la démontrer … les scientifiques de l'époque,
sans preuve expérimentale, n'adhèrent pas encore au modèle proposé par J. DALTON

FIN DU XIXème SIÈCLE OU
L'AVÈNEMENT DE LA CHIMIE MODERNE
La fin du 19ème siècle et le début du 20ème signent l'explosion des
découvertes dans le domaine de l'infiniment petit en particulier. La constitution
de la matière s'éclaire d'un jour nouveau par entremise de chimistes illustres
parmi lesquels :
J.J. THOMSON 
Henry BECQUEREL
Sir Ernest RUTHERFORD
James CHADWICK
Pierre et Marie CURIE (leur nom est essentiellement lié à la
radioactivité)
L'ATOME EST SÉCABLE OU LA DÉCOUVERTE DE J.J. THOMSON
•
Dans une enceinte remplie de vide, une "cathode"
chauffée émet un rayonnement. Jean Perrin, en 1895,
postule l'existence de particules électriquement
chargées, très légères.
cathode
•
Joseph Thomson (1856-1940) montre que ce "pinceau de
lumière" est dévié lorsqu'il passe entre deux plaques
métalliques chargées :
•
il ne s'agit donc pas d'une "onde" (qui ne peut être déviée)
mais bien de particules négatives, il les baptise
"électron"

L'ATOME EST SÉCABLE OU LA DÉCOUVERTE DE J.J. THOMSON
•Le mot "elektron" en grec signifie ambre, la résine fossilisée des sapins verts, un
"matériau plastique" naturel déjà connu des grecs anciens. Il est bien connu que
lorsque de l'ambre est frotté par un chiffon sec (cela produit ce qu'on appelle
maintenant de l'électricité statique), il peut attirer des objets légers, comme des
morceaux de papier.
 En 1897 il parvient à mesurer le rapport de la masse de l’électron sur sa charge.
mélectron
qélectron
 La valeur qu’il obtint était comprise entre 0,4.108 et 0,6.108 g.C1 (les expériences
modernes donnent 0,569.108 g.C1).
Si cette expérience confirmait de façon éclatante l’existence des électrons, il n’en
demeurait pas moins que les valeurs de la masse et de la charge de l’électron restaient
inconnues.
En 1904, THOMSON propose un premier modèle
d'atome, surnommé depuis "le pudding de Thomson".
Il imagine l'atome comme une sphère remplie d'une
substance électriquement positive et fourrée
d'électrons négatifs "comme des raisins dans un cake".

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Réponds aux questions 6 à 11 du questionnaire
HENRI BECQUEREL ET LA RADIOACTIVITÉ
Henri BECQUEREL, naît à Paris en 1852.
En 1895, suite à la mise en évidence des rayons X par l'Allemand
Rœntgen , il décide de s'attaquer au problème des radiations.
Becquerel choisit de déposer des lames de sels d'uranium sur
une plaque photographique et expose le tout au soleil, pensant
que la lumière permet la radiation par excitation de la matière. Les
premiers développements de plaques lui montrent la présence de
légères impressions. Il croit alors avoir trouvé le phénomène
recherché.
Le 26 février 1896, le beau temps n'est pas au rendez-vous et le dispositif reste
enfermé dans un placard. Le 1er mars, avant de reprendre ses expériences, Becquerel
vérifie l'état de son matériel et se rend compte que les plaques sont très fortement
impressionnées.
En l'absence de lumière, la seule explication possible est celui d'un rayonnement
provenant de l'uranium : la radioactivité est née, il est possible de casser les atomes.
Becquerel continue à travailler sur le phénomène et met notamment en évidence les
rayons alpha (noyau d'hélium) et bêta (électrons).
En 1903, il partage le prix Nobel de Physique avec Pierre et Marie Curie

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UN NOUVEAU PAS VERS LA STRUCTURE MODERNE : RUTHERFORD
•
•
1911 : l'expérience
Des particules  * émises par une source de radium radioactive (enfermée dans un
boîtier en plomb) se propagent sans déviation.
Si on interpose une très mince feuille d'or (0,6m) sur le trajet des particules :
Source de particules 
Tache lumineuse
Particules 
Boîte en plomb
Écran fluorescent
* Particules  : particules très légères chargées positivement,
ce sont des ions He2+

UN NOUVEAU PAS VERS LA STRUCTURE MODERNE : RUTHERFORD
Si on interpose une très mince feuille d'or (0,6m) sur le trajet des particules
La grande majorité des particules n’est pas déviée
seul un très petit nombre ( 1 sur 10 000) se trouvent dévié
D’autres encore (de 1 sur 20 000 à 1 sur 30 000) rebondissent, et sont
renvoyées vers l'arrière.

CE QU'EN A PENSÉ RUTHERFORD
•
RUTHERFORD observa, que la majorité des particules alpha n'étaient pas déviées
et que certaines autres particules l'étaient faiblement.
– Le modèle de JJ Thomson expliquait partiellement l'observation
•
Un très petit nombre de particules alpha étaient très fortement déviées et ne
passaient pas la feuille d'or.
– Ce dernier phénomène n'était pas prévisible, selon le modèle J.J. Thompson.
•
Ce qui amena RUTHERFORD à penser que le modèle de Thompson n'était pas bon
et qu'il fallait donc en formuler un autre.
Réponds aux questions 12 à 17 …. puis vérifie et corrige tes réponses page suivante

L'EXPLICATION DE RUTHERFORD
•
Selon lui, le fait que la majorité des particules alpha
n'étaient pas déviées, était dû à ce que celles-ci ne
rencontraient pas de matière.
– Donc, l'atome était en majorité composé de vide.
•
Vu qu'un faible nombre de particules étaient fortement
déviées, il pensa qu'elles avaient heurté un bloc massif,
au centre de l'atome qu'il nomma "noyau".
– Comme ce type de déviation extrême était très rare,
il supposa que le "noyau" avait des dimensions très
faibles par rapport à l'atome tout entier. Cette
dernière supposition s'affirma particulièrement juste,
car il fut prouvé, depuis ce temps que le diamètre de
l'atome mesure environ 1/100 000 de celui de
l'atome.
Il détermina également que les faibles déviations subies
par certaines particules étaient dues au fait que le noyau
était chargé positivement et que les particules alpha étant
elles aussi positives, étaient repoussées.
•
•

Voilà à quoi ressemblait l'atome de Rutherford : un noyau
très dense et positif, entouré d'électrons de charge
négative qui se déplacent dans un espace plus important
que celui occupé par le noyau.
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SUITE DE LA SAGA : JAMES CHADIWCK
•
RUTHERFORD a donc mis en évidence la structure de l'atome avec son noyau
(>0) et ses électrons (<0)
•
Il établit que la charge du noyau est toujours un multiple entier de la charge du
noyau de l'atome d'hydrogène (le plus petit et le plus simple)
•
En 1919 donne le nom de "proton" au noyau de l'atome d'hydrogène
En 1932 le noyau livre une nouvelle bataille….
James CHADWICK (1891-1974) montre que le noyau
est lui aussi sécable qu'il comporte
 Des particules chargées >0 (mais ça on le savait
déjà)
 Des particules de même masse mais
dépourvues de toute charge qu'il baptise
NEUTRON

QUE SAVONS NOUS MAINTENANT
•
•
Tous les atomes sont formés par :
– des électrons qui sont des particules chargées négativement, extrêmement
légères et totalement insécables
– un noyau qui est sécable, et qui contient
 Des protons chargés positivement et beaucoup plus lourds que les
électrons
 Des neutrons aussi lourds que les protons mais dépourvus de charge
 Les protons comme les neutrons sont des particules divisibles en
particules appelées "quark"
4 types de particules insécables, dites fondamentales, permettent de reconstituer
n'importe quel atome
Réponds à la dernière question

FIN