DM Atomes - rmspc

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DM Un modèle de l’atome
Objectifs : Étudier l’évolution du modèle de l’atome au cours des âges.
I. Evolution du modèle de l’atome
Document 1 : À propos de l’atome selon les époques
▪ Dès 400 avant J.-C., le philosophe grec Démocrite a l’intuition que la matière est constituée de petits « grains »
indivisibles qu’il appelle atomes (du grec a-tomos, littéralement insécable, qu’on ne peut pas couper). Il imagine les
atomes éternels, pleins et immuables. Selon lui, ils ont une infinité de formes qui permettent d’expliquer, par leur
assemblage, la diversité de la matière qui nous entoure.
Le philosophe grec Aristote (384 -322 av. J.-C.) conteste l’existence des atomes. Pour lui, la matière est constituée de
quatre éléments : l’eau, la terre, l’air et le feu. Son prestige est tel que l’intuition de Démocrite est abandonnée.
▪ En 1805, l’Anglais John Dalton reprend l’hypothèse atomique de Démocrite. Selon lui, l’atome est une sphère pleine
de matière. Son modèle permet d’expliquer les réactions chimiques par assemblage ou séparation des atomes selon
des proportions simples.
▪ En 1897, le physicien anglais Joseph John Thomson découvre l’électron et contredit le modèle de Dalton. Selon J.J.
Thomson, l’atome est semblable à un « plum pudding » (pudding aux pruneaux) : dans un atome sphérique et
électriquement neutre sont enclos des électrons chargés négativement tandis que le reste de la sphère est chargé
positivement.
▪ En 1911, Ernest Rutherford observe que la charge positive de l’atome est concentrée dans un très petit volume situé
au centre de l’atome. Il contredit le modèle de J. J. Thomson et propose un modèle planétaire : l’atome est constitué
d’un noyau central entouré d’électrons en mouvements sur des orbites quelconques.
▪ En 1913, Niels Bohr analyse la lumière émise par de l’hydrogène gazeux et corrige le modèle planétaire de E.
Rutherford : l’électron de l’atome d’hydrogène ne « gravite » autour du noyau que selon des orbites circulaires
particulières, nommées couches électroniques.
▪ En 1926, avec l’avènement de la mécanique quantique, Erwin Schrödinger propose un modèle révolutionnaire de
l’atome. Les électrons ne sont plus des particules localisées, mais sont décrits comme une onde. L’électron peut alors
être modélisé par un « nuage électronique ».
1. Démocrite imagine les atomes pleins, éternels et immuables. Qu’en pensez-vous ?
2. Citer une phrase du texte montrant que les courants de pensées peuvent parfois influencer l’avancée
des sciences.
3. Que remarquez-vous dans la chronologie des différentes modèles ?
4. Justifier le nom de « plum pudding » pour le modèle de J. J. Thomson.
5. Justifier qu’on parle de modèle planétaire pour le modèle de Rutherford.
6. Pourquoi, depuis l’avènement de la mécanique quantique, évite-t-on de dire que l’électron « gravite »
autour du noyau ?
7. Dans le modèle de l’atome de Schrödinger, les électrons ne sont pas des particules « localisées ». Que
signifie cette affirmation ?
8. Proposer des schémas qui illustrent les modèles ci-dessous :
Modèle de Dalton
Modèle de Thomson
Modèle de
Rutherford
Modèle de Schrödinger

II. L’expérience de Rutherford
Document 1 : Montage expérimental
Document 2 : Trajectoires observées sur la feuille
Document 3 : À propos de l’expérience de Rutherford
Au début du XXe siècle, Ernest Rutherford cherche à savoir comment les charges positives et négatives, récemment
découvertes, sont organisées dans un atome. Pour cela, il propose en 1909 de bombarder une très mince feuille
d’or avec des particules . Il s’agit de noyaux d’hélium, chargés positivement, dont la taille est bien plus petite que
celle d’un atome d’or. Il dispose un détecteur de particules tout autour de la feuille d’or et observe dans l’obscurité
les impacts des particules. La grande majorité des particules traverse la feuille sans être déviée. Quelques-unes
sont légèrement déviées et d’autres encore semblent rebondir en arrière comme si elles rencontraient un obstacle
massif.
1. A l’échelle microscopique, de quoi est constituée une feuille d’or ?
2. Avant Rutherford, les atomes étaient considérés comme des sphères pleines. Quel aurait été le résultat
de l’expérience si ce modèle était vérifié ?
3. Les particules qui « rebondissent » sont-elles attirées ou repoussées par les noyaux des atomes d’or ?
4. Deux particules chargées se repoussent si leurs charges électriques sont de même signe, tandis que les
particules de charges de signes opposés s’attirent. Qu’en déduit-on sur la charge des noyaux des atomes
d’or ?
5. Comment expliquer que la majorité des particules n’est pas déviée ?
6. « D’autres semblent rebondir comme si elles rencontraient un obstacle massif ». Quelle propriété cette
phrase souligne-t-elle ?

1. On sait désormais que les atomes sont lacunaires et qu’ils peuvent se transformer.
2. « Son prestige est tel que l’intuition de Démocrite est abandonnée. »
3. Les idées concernant l’atome n’évoluent pas entre -300 et 1800.
4. Dans ce modèle l’électron joue le rôle des pruneaux, le reste de la pâte est chargée positivement.
5. Les électrons tournent autour du noyau comme les planètes autour du Soleil.
6. On sait depuis que l’électron n’a pas une trajectoire précise, on ne peut donc pas dire qu’il gravite.
7. On ne peut pas dire précisément où et à quelle vitesse se trouve à chaque instant un électron autour du noyau.
1. Les feuilles sont faites d’atomes d’or.
2. Toutes les particules auraient rebondi.
3. Elles sont repoussées.
4. Les noyaux d’or sont chargés positivement.
5. La plupart n’est pas déviée car les noyaux occupent un très petit volume au cœur de l’atome (structure lacunaire).
6. La masse d’un atome est concentrée dans le noyau.