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L'Atome
La matière qui nous entoure est constituée d'atomes assimilables à des sphères dont le rayon est de l'ordre du nanomètre (10 -9 mètres = nanomètre = nm ).
Un atome est constitué d'un noyau central chargé positivement dont le rayon est de l'ordre du femtomètre (10 -15 mètres = femtomètre = fm) et d'éléctrons, chargés négativement, en mouvement rapide autour du noyau.
Depuis la nuit des temps, les scientifiques se sont toujours demandé :
De quoi est composé la matière ?
Ils ont longement réfléchi et ont décidé de créer des modèles. En sciences physiques, un modèle est une représentation de la réalité, ce n'est donc pas la réalité.
Cette représentation est élaborée progressivement à partir des observations.
Un modèle doit présenter 2 vertues :
Permettre d'expliquer les propriétés observées;
Permettre de prévoir d'autres propriétés non encore observées;
Un modèle est en permanente évolution puisque de nouvelles découvertes sont susceptibles de le mettre en défaut.
Un modèle est en permanente évolution puisque de nouvelles découvertes sont susceptibles de le mettre en défaut.
Depuis ce jour, l'atome n'a pas cessé d'être remis en cause du fait de l'apparition de nouvelles connaissances.
Les modèles de l'atome dans l'histoire :
Tout d'abord, au VI siècle avant Jésus-Christ, Démocrite et Epicure imaginèrent des "atomes crochus" pour expliquer la cohésion de la matière
Par la suite, en 1696, Nicklaas Hartsoecker proposa différentes formes d'atomes suivant la matière considérée
Puis, au XIX siècle, Thomson découvre les électrons. L'atome n'est plus indivisible
Postérieurement, quelques années plus tard, Bohr créé l'idée d'un éléctron tournant sur une orbite circulaire autour du noyau central
Ensuite, quelques années plus tard, le modèle est perfectionné par sommerfeld
Subséquemment, une décennie plus tard, Louis De Broglie associât aux orbites de Bohr des ondes de matère, l'électron est représenté par une onde
Pour finir, de nos jours, Heisenberg, Dirac et Schrodinger affinèrent le modèle. On concoit l'atome comme un noyau entouré d'un nuage électronique
L'applet suivant montre l'atome d'hydrogène, en représentant soit les particules, soit les ondes. Dans une fenêtre, on peut faire varier le nombre quantique principal n. Dans la partie de droite sont représentés les niveaux d'énergie de l'atome. En bas sont indiqués les valeurs du rayon r de la trajectoire et de l'énergie totale E.
Lorsqu'on essaie de modifier le rayon r en gardant la touche droite de la souris enfoncée, on arrive à un état non stationnaire. Dans la représentation "onde" on aura un état stationnaire que si le rayon est un multiple entier de la longueur d'onde (couleur bleue).
Pour simplifier, cet applet vous montre le modèle de l'atome d'hydrogène selon Bohr. Un noyau central autour duquel gravite un électron.
On a longtemps pensé que le noyau et le/les électron(s) d'un atome étaient les plus petites particules de la matière. Cependant Ernest Rutherford découvrit en 1919, les protons et James Chadwick découvrit en 1932, les neutrons; Deux nouvelles particules élémentaires.
Ces physiciens ont ainsi démontré que le noyau est composé de deux particules, le proton, chargé positivement, et le neutron, ayant une charge neutre.
On sait de nos jours, qu'il y a autant d'électrons (chargés négativement) que de protons (chargés positivement) dans un atome, ils sont liés par une force élémentaire (l'electromagnétisme) comme est liée la Terre à la Lune par la force élémentaire (gravitation).
A titre informatif,
Masse d'un proton = 1,672 65 ×10-27 kg |Charge = 1,602 19 ×10-19 C = +e
Masse d'un neutron = 1,674 95 ×10-27 kg |Charge = Nulle
Masse d'un électron = 9,109 53 ×10-31 kg |Charge = -1,602 189 ×10-19 C = -e
La somme du/des nombre(s) de protons (Z) et de neutrons (N) dans un noyau atomique est égale au(x) nombre de nucléons (A), c'est-à-dire que A = Z + N.
Par exemple, Si Z = 2 et N = 4 alors A = 4 + 2 = 6
Nombre de protons = Nombre D'électron(s) ⇔ l'atome est électriquement neutre
Un atome est caractérisé par le nombre de protons qu'il possède dans son noyau appelé numéro atomique, symbole Z. Le numéro atomique est unique à chaque atome c'est-à-dire que des atomes différents ne peuvent pas avoir le même numéro atomique.
Par exemple,
Si Z=1 alors cela correspond à un seul atome qui possède 1 proton dans son noyau, cet atome est l'hydrogène.
Si Z=92 alors cela correspond à un seul atome qui possède 92 protons dans son noyau, cet atome est l'uranium (schéma ci-dessus)
L'animation flash ci-dessous est le tableau dans lequel sont répertoriés tous les atomes connus en fonction de leur numéro atomique.
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