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Le progrès des modèles atomiques

Le progrès des modèles atomiques

Les grandes étapes du développement des conceptions, des points de vue sur la structure de l’atome jusqu’à nos jours.

Chimie

Mots clés

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Scènes

Démocrite

D'après Démocrite et son maître Leucippe, la matière se compose de corpuscules minuscules et invisibles, donc d'atomes. Les atomes sont éternels: ils ne meurent pas mais ils ne se créent pas non plus; ils diffèrent entre eux, en grandeur et en forme, et ils se lient entre eux avec des petits crochets.
Les propriétés des atomes définissent les caractéristiques de chaque matière. Par exemple, on peut également voir sur l'animation que les matières composées d'atomes arrondis pourvus de crochets ont un goût amer et collent. Les atomes des matières ayant un goût sucré sont petits et ronds, c'est pour cela qu'ils sont capables de s'infiltrer dans des matières différentes et changer leur goût.
Aujourd'hui, nous savons déjà que ce modèle atomique naïf est invalide, mais du point de vue de l'histoire de la science c'est une idée non négligeable, puisque c'est là, aux IVième et Vème siècles avant Jésus Christ, qu'est apparue sérieusement, et pour la première fois, l'idée d'une nature discontinue et quantique de l'atome.

Dalton

Selon John Dalton, scientifique anglais, les différentes combinaisons se composent de différents atomes. Il a imaginé que les atomes sont des sphères minuscules et indivisibles. Son modèle atomique était fondamentalement basé sur la théorie atomique de Démocrite, mais c'était une version plus développée.
Selon Dalton, l'état des matières dépend de la distance entre les atomes. Bien que plus tard il s'est avéré que les atomes ne sont pas indivisibles, il a bien supposé leur existence, et il a de la sorte grandement contribué au développement de la science.

Thomson

A la fin du 19ième siècle il est devenu évident que la thèse de l'indivisibilité des atomes était invalide. Au tournant du siècle, Joseph John Thomson, physicien anglais, a remarqué que les rayons cathodiques se composent de corpuscules de charge négative: il a ainsi démontré l'existence des électrons.
Après plusieurs éxpériences il a déduit que tous les atomes contenaient des électrons. Comme l'atome est neutre électroniquement, il a supposé que les électrons de charge négative étaient plantés dans une matière de charge positive; à cause de cette distribution typique on appelle ce système «modèle de plum pudding».

Rutherford

Dans l'expérience d'Ernest Rutherford, on a bombardé une feuille dorée avec des particules alpha, soit avec des noyaux d'atome d'hélium. La plupart des particules alpha ont traversé le papier, beaucoup d'entre eux ont continué dans un autre sens et d'autres ont été réfléchis.
Si le modèle atomique de Thomson était correct, les particules alpha traverseraient le métal en ralentissant mais sans déviation. Le résultat final de l'expérience a pu être rendu possible car une grande quantité d'atomes d'or se sont regroupés dans une partie réduite de l'espace.
A partir de quoi Rutherford a développé et a publié son modèle atomique en 1911, dans lequel il décrivait que les électrons étaient en orbite autour du noyau de charge positive. Le diamètre du noyau de l'atome fait à peu près le dix millième du diamètre de l'atome.

Bohr

L'élaboration du modèle de Bohr était nécessaire parce que d'après les calculs, le modèle atomique de Rutherford supposait que les électrons tournant autour du noyau devaient diffuser de l'énergie en permanence, avec comme conséquence leur chute de l'orbite dans noyau. Cependant, d'après les expériences, les atomes ne tombaient pas.
Le modèle atomique de Rutherford demandait alors des modifications. Niels Bohr, physicien danois, a résolu le problème en 1913, en supposant que les électrons ne devaient tourner autour de noyau que sur des orbites définies. Par conséquent, l'électron ne peut pas tomber dans le noyau depuis son orbite, mais il peut sauter d'une orbite à l'autre.
S'il absorbe de l'énergie sous forme de photons alors l'électron s'excitera et se mettra sur une orbite plus éloignée et de plus grande énergie; il peut aussi se déplacer sur une orbite de moins grande énergie en diffusant des photons.
Comme l'électron ne peut diffuser ou absorber que le photon d'énergie idéale pour le saut d'orbite, le spectre d'émission et le spectre d'absorption des atomes ne sont pas continus. Dans le cas de l'atome d'hydrogène cela correspond bien aux expériences.

Sommerfeld

En 1920 Sommerfeld a publié la version développée de modèle atomique de Bohr qu'on appelle aussi modèle de Bohr et Sommerfeld. Dans ce modèle il est également vrai que les électrons ne peuvent tourner que sur des orbites définies autour du noyau, mais les orbites peuvent prendre une forme elliptique.

Heisenberg,
Schrödinger

  • X
  • Y
  • Z

Le modèle Heisenberg-Schrödinger est aussi appelé modèle atomique de mécanique quantique. Selon la mécanique quantique les corpuscules ne sont pas concevables comme des boules ayant une place exacte. Il est plus proche de la réalité car on représente l'enveloppe électronique de l'atome comme un nuage électronique. A certains points du nuage électronique on trouve, avec un certain degré de probabilité, certains électrons.
Dans l'atome on trouve des orbites atomiques et à l'intérieur de ces orbites des sous-couches s, p, d, f ayant une forme caractéristique. D'après les connaissances du moment sur la structure et le fonctionnement de l'univers, c'est ce modèle atomique qui décrit la réalité de la manière la plus exacte.

Narration

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