Les constituants de l`atome – Historique

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Historique
Les constituants de l’atome – Historique
1. Le monde antique : la théorie des quatre éléments
Ce sont Leucippe et Démocrite (philosophes grecs, VIè et Vè siècle avant notre ère),
repris ensuite par Epicure, qui sont les pères de l’atomisme, système philosophique selon
lequel la matière est constituée de particules invisibles à l’œil, légères, indivisibles et
éternelles. C’est grâce à un auteur romain, Lucrèce (98-55 av. J.-C.) que cette hypothèse a pu
nous parvenir, par l’intermédiaire de son De Natura Rerum. C’est aussi Lucrèce qui pense que
la matière solide est constituée d’atomes "crochus" qui sont "intimement liés et entrelacés en
ramifications complexes", alors que "ce sont au contraire des atomes lisses et ronds qui
forment les corps de nature lisse et fluide".
Toujours au VIè siècle avant notre ère, certains philosophes essaient de trouver
l'élément absolu à partir duquel tout le reste découle (Thalès, Pythagore…) et l'élément
choisi n'est pas toujours le même (eau, feu…). C'est cette diversité qui va conduire Platon
(427-348 av. J.-C.) à ébaucher la théorie des quatre éléments (l'eau, le feu, l'air et la terre),
théorie reprise par Empédocle d'Agrigente (490-435 av. J.-C.) puis par Aristote de Stragire
(384-322 av. J.-C., ancien disciple de Platon) qui la portera à son apogée. Cette théorie sera la
base de l'alchimie et perdurera jusqu'au XVIIIè siècle.
2. Du IIIè au XVIIIè siècle : l'alchimie
Cette longue période ne sera pas marquée par l'émergence de savoirs nouveaux : en
effet, l'alchimie travaille sur les bases données par la théorie des quatre éléments, en y
ajoutant un peu de religion et d’occultisme. L'alchimie est célèbre surtout par la poursuite de
la maîtrise de la transmutation, procédé visant à transformer un métal quelconque, comme le
plomb, en métal plus noble, tel que l'or.
En revanche, c'est l'alchimie (surtout celle d'origine arabe) qui apporte un grand
nombre de savoir-faire expérimentaux (distillation, décantation, sublimation, calcination…),
de matériel (four, bain-Marie, alambic, matras, creuset, mortier, pilon, valet…) et de
vocabulaire (camphre, talc, alcali, alambic…) à la future chimie moderne!
3. XVIIIè et XIXè siècle
C'est cette période très riche qui voit naître la chimie moderne, en particulier la
première théorie atomique moderne grâce à Lavoisier, Proust, Dalton et Gay-lussac entre
1789 et 1815.
- Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794)
En montrant que l'air est composé de deux gaz, l'oxygène et l'azote, il met fin à la
théorie des quatre éléments. Ceci est confirmé lorsqu'il arrive en 1783 à décomposer l'eau et à
la synthétiser à l'aide d'oxygène et d'hydrogène.
Il est aussi à l'origine de la nomenclature moderne et formule, en 1789, le principe de
conservation de la matière "Rien ne se crée, ni dans les opérations de l'art, ni dans celles de
la nature… Il n'y a que des changements, des modifications. C'est sur ce principe qu'est fondé
tout l'art de faire des expériences en chimie."
- Louis Joseph Proust (1754-1826)
Il a formulé en 1797 la loi des proportions définies : "les masses des corps simples qui
constituent un corps composés sont entre elles dans un rapport simple".
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- John Dalton (1766-1844)
D'abord maître d'école à Manchester, il entre à la Royal Society en 1822. Il admettait :
- que les gaz sont formés de petites particules en mouvement perpétuel
- que les "atomes" d'un corps simple sont identiques entre eux mais différents quand on passe
d'un corps simple à un autre
- qu'une réaction chimique correspond à un nouvel arrangement des atomes dans les
composés sans que les atomes subissent la moindre altération.
Il représente les corps simples et les corps composés par des symboles auxquels il attribue un
poids de matière.
- Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850)
Professeur à la Sorbonne et à l'école polytechnique, il montre en 1805 que les volumes
des gaz réagissant et ceux des combinaisons résultantes sont dans un rapport simple et entier
(loi de Gay-Lussac).
Ces découvertes se résument de la manière suivante :
- tout corps simple est de la forme Xn
- tout corps composé est de la forme XnYp avec n et p nécessairement entiers.
- Dimitri Mendeleïev (1834-1907)
Il élabore et donne en 1868 une classification périodique des éléments, classification
encore utilisée (enrichie et remaniée) actuellement. La force de son travail fut de comprendre
comment classer les éléments existants à l'époque grâce à leurs propriétés chimiques et de
prévoir le comportement de quelques éléments n'existant pas encore.
4. Le XXè siècle
Le début de ce siècle vit une accélération prodigieuse des découvertes dans le domaine
atomique. La notion d'atome comme particule élémentaire de la matière encore mise en doute
en ce début XXème siècle va être définitivement admise grâce à la découverte du noyau
(Rutherford en 1911) et surtout les 13 techniques de détermination de nombre d’Avogadro
par Jean Perrin, en 1913. En revanche, c'est la notion d'indivisibilité qui va être peu à peu
disparaître avec les découvertes des neutrons, des quarks…
En parallèle de ces découvertes expérimentales, les modèles théoriques de description
de la matière vont se développer :
- modèle classique de l'atome (Bohr en 1913)
- bases de la théorie ondulatoire (De Broglie en 1923)
- mécanique quantique (Heisenberg et Schrödinger en 1925),
- le modèle de la liaison chimique (Heitler et London en 1927)
- les travaux de Linus Pauling, l’« Einstein de la chimie ».
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