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Théorie atomique, évolution des modèles atomiques

Théorie atomique, évolution des modèles atomiques

La théorie atomique est une théorie scientifique de la nature de la matière. La théorie atomique stipule que la matière est composée d'unités appelées atomes. Le fondement de la chimie moderne est la théorie atomique.

La théorie atomique a commencé comme un concept philosophique dans la Grèce antique. 4 Siècle av JC, Démocrite émit l'idée que la matière était constituée de petites particules indivisibles appelé atomes.

À partir du 19e siècle, les scientifiques ont commencé à expérimenter et à développer des théories scientifiques.

Qu'est-ce que John Dalton a découvert sur l'atome?

Le chimiste anglais John Dalton (1766-1844) a développé la loi des proportions multiples et a proposé plus tard un premier modèle atomique scientifique: la théorie atomique de Dalton.

Vers la fin du XVIIIe siècle, deux lois des réactions chimiques ont émergé, sans référence à la notion de théorie atomique:

  • Loi de conservation de la masse (Antoine Lavoisier, 1789)

  • Loi des proportions définies (Joseph Louis Proust, 1799)

Loi des proportions multiples

John Dalton a étudié les deux lois et développé la loi des proportions multiples: 

"Si deux éléments peuvent se combiner pour former une série de composés, le rapport de masse du deuxième élément qui se combine avec une masse fixe du premier élément sera un rapport de petits entiers."

Modèle atomique de Dalton

Dalton a proposé que chaque élément chimique soit composé d'atomes d'un seul type. Bien qu'ils ne puissent pas être modifiés ou détruits chimiquement, ils pourraient faire des combinaisons chimiques plus complexes ( molécules).

Dalton est arrivé à ces conclusions empiriquement et en suivant une méthode scientifique. C'était donc la première théorie véritablement scientifique de l'atome.

La théorie atomique de Dalton est basée sur les affirmations suivantes:

  • La matière est constituée d'atomes, qui sont des particules ultimes, indivisibles et indestructibles.

  • Tous les atomes d'un même élément chimique sont égaux en masse et en propriétés et différents des atomes de tout autre élément.

  • Les composés sont formés par des combinaisons d'atomes de différents éléments.

En 1803, Dalton publia sa liste de masses atomiques pour plusieurs substances.

Modèle atomique de Thomson

En 1897, JJ Thomson a repéré des particules plus petites: l'électron.

L'atome n'était pas la plus petite particule d'un élément.

Peu de temps après la découverte de l'électron, mais avant la découverte du noyau atomique, le modèle a tenté d'expliquer deux propriétés des atomes alors connues:

  • Les électrons sont des particules chargées négativement.

  • Les atomes n'ont pas de charge électrique nette.

Thomson a suggéré que les atomes étaient divisibles. Les atomes sont électriquement neutres, donc la présence d' électrons chargés négativement signifiait qu'il devait s'agir d'autres charges positives.

Modèle de Rutherford: la découverte du noyau atomique

En 1909, Ernest Rutherford a découvert que la plupart de la masse et de la charge positive de l'atome sont concentrées dans une infime fraction de son volume dans une zone qu'il supposait être au centre.

Ce spot a conduit Rutherford à proposer un modèle atomique planétaire dans lequel un nuage d'électrons entoure un petit noyau compact chargé positivement.

En 1932, James Chadwick découvre le neutron.

Le modèle quantique de l'atome

La théorie quantique a révolutionné la physique au début du XXe siècle, lorsque Max Planck et Albert Einstein ont postulé que l'énergie lumineuse est émise ou absorbée en quantités discrètes appelées quanta.

Théorie atomique de Bohr

Adoptant le modèle de Rutherford, Bohr a proposé en 1913 le modèle atomique de Bohr: «les électrons ne peuvent tourner autour du noyau que sur une certaine orbite circulaire avec le moment cinétique et l'énergie à distance fixe du noyau (c'est-à-dire la distance) est proportionnelle à l'énergie. "

Dans ce modèle, un électron ne peut pas entrer dans le noyau, car il ne peut pas perdre d'énergie de manière continue; Au lieu de cela, il ne pouvait effectuer que des sauts quantiques instantanés entre des niveaux d'énergie fixes.

Qu'est-ce que la dualité onde-particule?

En 1924, Louis de Broglie a affirmé que toutes les particules en mouvement présentaient une forme d'onde.

L'équation de Schrödinger (1926) décrit un électron comme une onde plutôt que comme une particule ponctuelle. Max Born, à la place, a suggéré que la fonction d'onde de Schrödinger pourrait être utilisée pour calculer la probabilité de trouver un électron n'importe où autour du noyau.

Les deux théories ont introduit l'idée de la dualité onde-particule: "L'électron peut présenter à la fois des propriétés de longueur d'onde et de particule".

Principe d'incertitude de Heisenberg 

Une conséquence de la description des électrons comme une onde est l'impossibilité mathématique de calculer simultanément la position et la quantité de mouvement d'un électron. 

Ceci est devenu connu sous le nom de principe d'incertitude de Heisenberg (Werner Heisenberg, 1927). Ce principe invalide le modèle de Bohr avec ses orbites circulaires claires et clairement définies.

À quoi ressemble le modèle atomique moderne?

Le modèle moderne de l'atome décrit les positions des électrons dans un atome en termes de probabilités.

Un électron peut être trouvé à n'importe quelle distance du noyau, mais, en fonction de son niveau d'énergie, il se produit plus fréquemment dans certaines régions autour du noyau que dans d'autres; Ce modèle de probabilité s'appelle l'orbitale atomique.

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Date de publication : 13 novembre 2018
Dernier examen : 11 octobre 2020