La Théorie Atomique

Démocrite (460-370 av. J.-C.) a suggéré que la matière soit faite de petites particules indivisibles. Il a nommé ces particules atomos (grec è indivisible).  

Aristote (384-322 av. J.C.) rejetait la théorie de Démocrite et suggéré que la matière soit fait de quatre “éléments”: l’air, le feu, la terre, et l’eau. Toutes les substances contenaient des proportions  des quatre éléments. La grande réputation d’Aristote a mené à la durée de cette théorie.

Après à peu près deux milles ans, Isaac Newton (1642-1727) et Robert Boyle (1627-1691) ont publié des articles qui affirmaient l’existence des atomes. Cela a renouvelé la théorie de l’atome.

 

Cinq postulats ont été  propose par John Dalton (1766-1844):

1.                La matière est composée de petites particules invisibles et indivisibles nommées atomes.

2.              Les particules d’une même substance sont identiques, y compris leur masse.

3.              Les atomes d’éléments différents ont des propriétés et des masses différentes.

4.              Les atomes ne peuvent pas être ni créés ni détruits lors de transformations physiques ou chimiques.

5.              Les atomes peuvent s’unir dans un rapport simple pour former des composes

Sir William Crookes (1832-1919) a fabriqué ce tube que l’on appelle un tube de Crookes (un tube de rayons cathodiques).

Joseph John Thomson (1856-1940), utilisant un tel tube et il a examine les faisceaux de rayons cathodiques (“lumière”) qui étaient déviés par les champs électrique et magnétique. Il a alors conclut qu’il y avait des particules de charges négatives dans l’atome qu’il a nommé électrons. 
Le modèle de Thomson (plum-pudding)

D’autres expériences ont démontré l’existence d’une particule positive que l’on appelle proton.

En 1902, le chimiste anglais, Sir Frederick Soddy, a détermine que les atomes du même élément avaient les masses différentes, ce que l’on appelle des isotopes de nos jours. La découverte des neutrons, quelques années plus tard, a expliqué ce phénomène qu’on identifie comme des isotopes.

En 1904, un scientifique japonais, H. Nagaoka, a représenté l’atome comme une grosse sphère de charge positive entourée par un anneau d’électrons négatifs.

En 1911, une expérience par Ernst Rutherford et son assistant Hans Geiger a permis aux scientifiques de développé le premier modèle réaliste de l’atome. Ils ont fait les études à McGill à Montréal.

Cette expérience a démontré que les atomes d’or n’étaient pas solides. Les particules alphas (avec une masse et une charge) ont traversé la feuille d’or. Quelques particules alphas ont été déviées ou ont rebondit. Comment expliquer ce phénomène?

Donc, selon Rutherford, l’atome :  

j était principalement vide

avait ses protons concentrés dans le noyau atomique

ƒ avait ses électrons circulants dans un nuage électronique

 

le modèle planétaire de Rutherford

 

En 1922, un scientifique danois, Neils Bohr a utilisé les spectres d’émissions (l’ensemble des couleurs dégagées par les éléments chauffés) pour dire qu’il y avait des niveaux d’énergie (orbites)  (Max Planck) dans lesquels on pouvait retrouver les électrons. Ces niveaux correspondaient au nombre quantique principal.

Postulats de Bohr:      L’électron circule dans les orbites autour du noyau.

Il y a sept orbites correspondantes à différents niveaux d’énergie.

ƒ Lorsque l’électron absorbe de l’énergie, il passé de l’état fondamental à l’état excite.

Lorsque l’électron revient à l’état fondamental, il perd de l’énergie en quanta équivalent à la quantité d’énergie entre les niveaux.

Selon Bohr, il y a jusqu’à sept niveaux. Ces niveaux sont représentés par n, mais d’après les études de Schrödinger et des autres, on a identifié des sous-niveaux et des orbitales.

Afin de démonter cela, les scientifiques se sont servis des configurations électroniques.

Voici quelques exemples de configurations électroniques.

élément

configuration électronique

H

1s1

He

1s2

Li 

1s22s1

Be

 1s22s2

B

 1s22s22p1

C

 1s22s22p2

N

 1s22s22p3

O

1s22s22p4

F

 1s22s22p5

Ne

 1s22s22p6

Na 

1s22s22p63s1

Mg

1s22s22p63s2

Al

1s22s22p63s23p1

Si

1s22s22p63s23p2

P

1s22s22p63s23p3

S

1s22s22p63s23p4

Cl

1s22s22p63s23p5

Ar

1s22s22p63s23p6

K  

1s22s22p63s23p64s1

Deux scientifiques ont contribué des règles et des façons à remplir les configurations électroniques et aussi les cases quantiques et les diagrammes d’énergie.

Le principe d’exclusion de Pauli – deux électrons d’un atome ne peuvent pas être caractérisés par la même série de nombres quantiques.

La règle de Hund - Quand il existe plusieurs orbitales d'énergie égale (ou presque), les électrons tendent à les remplir de façon à maximiser le nombre d'électron non appariés en spin (un électron par sous-niveau avant d’y placer le deuxième).

En 1932, James Chadwick a découvert une particule dans le noyau de l’atome qui ne portait pas de charge. Il a appelé cette particule le neutron.

Donc, selon ces scientifiques, on peut déterminer ces informations des particules atomiques.

particule

symbole

Charge

masse (kg)

masse (u)

électron

e-

1-

9,1 x 10-31

~ 0

proton

p+

1 +

1,673 x 10-27

1 u

neutron

n0

0

1,675 x 10-27

1 u

 

Plusieurs autres scientifiques ont contribué au modèle de l’atome è Louis de Broglie,  Erwin Schrödinger, Max Planck, et plusieurs autres.

 

Même si ces modèles indiquent une représentation valable  de l’atome, on connaît beaucoup plus de ces jours et on étudie seulement ces structures de bases.

La mécanique quantique sert de nos jours à décrire la structure atomique.

 

 

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