L'ATOME DE L'ANTIQUIT

1
L'ATOME DE L'ANTIQUITÉ À NOS JOURS HISTOIRE
D'UNE RÉALITÉ
Tu disposes d'un outil de travail au niveau
duquel tu peux naviguer seul. Les flèches ?
?permettent de se déplacer vers la diapositive
qui précède ou celle qui suit. 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.
?
2
DANS L'ANTIQUITE
Thalès est considéré comme lun 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 leau
comme le principe de toute chose, substance
primordiale dont procède et dans laquelle
retourne chaque choseComme laffirmera 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, lAmour et la Haine, ou lAmitié et la
Discorde, sont à loeuvre dans ces éléments, les
combinant et les séparant en une pluralité
infinie de formes.
??
3
LA THEORIE DE DÉMOCRITE
??
4
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.
??
5
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
??
6
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)

7
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.
• 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"

?
8
L'ATOME EST SÉCABLE OU LA DÉCOUVERTE DE J.J.
THOMSON
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".
Réponds aux questions 6 à 11 du questionnaire
9
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
10
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

Particules ? particules très légères chargées
positivement, ce sont des ions He2
?
11
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 nest pas
déviée seul un très petit nombre ( 1 sur 10 000)
se trouvent dévié Dautres encore (de 1 sur 20
000 à 1 sur 30 000) rebondissent, et sont
renvoyées vers l'arrière.
?
12
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

?
13
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.

14
SUITE DE LA SAGA JAMES CHADIWCK

• RUTHERFORD a donc mis en évidence la structure de
  l'atome avec son noyau (gt0) et ses électrons (lt0)
• 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 gt0 (mais ça on le savait
  déjà)
• Des particules de même masse mais dépourvues de
  toute charge qu'il baptise NEUTRON

?
15
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
?
16
FIN