CHAPITRE 7 - UN MODELE POUR L`ATOME

UNIVERS – CHAPITRE 7 – UN MODELE POUR L’ATOME
ACTIVITÉ 1
L’atome, des philosophes grecs aux scientifiques du XXe siècle
Le modèle de l’atome a évolué au fil du temps. Quelles ont été les grandes étapes de cette évolution ?
Noms des
physiciens
Modèles
de l’atome
Dès 400 ans av. J.-C., le philosophe grec DEMOCRITE (460-370 av. J.-C.) (doc.1) a l’intuition que la matière
est constituée de petits « grains » indivisibles qu’il appelle atomes (du grec a-tomos littéralement insécables). Il imagine les atomes éternels, pleins et immuables. Selon lui, ils ont une infinité de formes qui
permettent d’expliquer, par leur assemblage, la diversité des matières qui nous entourent.
Le philosophe grec ARISTOTE (384-322 av. J.-C.) [doc.2] conteste l’existence des atomes. Pour lui, la
matière est constituée de quatre « éléments » : le feu, l’air, la terre et l’eau. Son prestige est tel que
l’intuition de DEMOCRITE est abandonnée.
En 1805, l’anglais John Dalton [doc.3] reprend l’hypothèse atomique de Démocrite. Selon lui, l’atome est
une sphère plaine de matière. Son modèle permet d’expliquer les réactions chimiques par assemblage ou
séparation des atomes selon des proportions simples.
John Dalton, (born September 5 or 6, 1766, Eaglesfield,—died July 27, 1844, Manchester), English
meteorologist and chemist, a pioneer in the development of modern atomic theory.
En 1897, le physicien anglais John Joseph Thomson [doc.4] découvre l’un des composants de l’atome :
l’électron, particule chargée négativement. En 1904, il propose un modèle dans lequel l’atome est
constitué d’une sphère chargée positivement parsemée d’électrons en mouvement. L’ensemble est
électriquement neutre.
En 1911, le physicien anglais Ernest Rutherford [doc.5] propose un modèle précisant la répartition des
charges positives et négatives dans l’atome. L’atome est constitué d’un noyau chargé positivement
autour duquel les électrons sont en mouvement.
Ernest Rutherford, Baron Rutherford of Nelson, of Cambridge (born Aug. 30, 1871, Spring Grove,—died Oct.
19, 1937, Cambridge, ), New Zealand-born British physicist considered the greatest experimentalist.
Rutherford was the central figure in the study of radioactivity, and with his concept of the nuclear atom he
led the exploration of nuclear physics. He won the Nobel Prize for Chemistry in 1908, was president of the
Royal Society (1925–30) and the British Association for the Advancement of Science (1923), was conferred
the Order of Merit in 1925, and was raised to the peerage as Lord Rutherford of Nelson in 1931.
En 1913, Afin de rendre compte de la stabilité atomique, le physicien danois Niels Bohr [doc.6]crée un
nouveau modèle d'atome :Les orbites des électrons ne sont pas quelconques mais "quantifiées"; seules
certaines orbites particulières sont permises pour l'électron. Ce n'est que lorsque celui-ci saute d'une
orbite à l'autre qu'il peut émettre (ou absorber) de la lumière.
En 1926, le physicien autrichien Erwin Schrödinger [doc.7] propose un modèle totalement novateur de
l’atome. Les électrons n’ont pas d’orbite définie, mais une « probabilité de présence » autour du noyau
au sein d’un « nuage électronique ». Ce modèle n’autorise plus la schématisation de l’atome.
Sir J.J. Thomson, (born Dec. 18, 1856, Cheetham Hill, near Manchester, Eng.—died Aug. 30,
1940, Cambridge), English physicist who helped revolutionize the knowledge of atomic structure by his
discovery of the electron (1897). He received the Nobel Prize for Physics in 1906 and was knighted in 1908....
1) Indiquez sur la frise chronologique, les dates de début et de fin de chaque période historique.
2) Découpez les portraits des physiciens puis les schémas de leur modèle de l’atome et collez les au bon endroit de la frise.
3) Voici 4 titres : plum pudding ; modèle quantique ; naissance de l’atome ; modèle planétaire. Attribuez ces titres à leur auteur
4) Quelle découverte montre que l’atome n’est pas insécable ?
5) Quelle différence existe-t-il entre le modèle de THOMSON et celui de RUTHERFORD ?
UNIVERS – CHAPITRE 7 – UN MODELE POUR L’ATOME
ACTIVITÉ 2
A la fin du XIXe siècle, le physicien français Henri Becquerel découvre la radioactivité. Au même moment, Ernest Rutherford
physicien néo-zélandais résidant en Angleterre, étudie les rayonnements issus de matières radioactives. Il s’intéresse, en
particulier, aux particules α qui sont des noyaux d’hélium.
1. À l’échelle microscopique, de quoi est constituée une feuille d’or ?
2. Avant Rutherford, les scientifiques comme Dalton et Thomson, modélisaient l’atome par une sphère pleine de
matière. Qu’aurait été le résultat de l’expérience si tel était le cas ?
3. La majorité des particules α ne sont pas déviées lors de l’expérience. Que peut-on en déduire ?
4. En quoi, l’expérience de Rutherford est en accord la phrase qui dit que le remplissage de l’espace par la
matière est lacunaire.
5. Expliquer pourquoi certaines particules α sont déviées.
6. En analysant les trajectoires de la figure 3, et le texte 1, déduire le signe de la charge électrique du noyau des
atomes d’or.
Activité documentaire 1 : L’expérience de Rutherford
Commentaire. Déduire un modèle à partir d'un compte rendu expérimental.
1) À l'échelle microscopique, une feuille d'or est constituée d'un empilement d'atomes d'or liés les uns aux autres
(voir la figure 3).
2) Si l'atome avait été une sphère pleine de matière, les particules α auraient rebondi sur la feuille d'or et ne l’aurait
pas traversé.
3) l'atome n’est donc pas une sphère pleine de matière
4) Cette expression signifie qu'un atome est essentiellement constitué de vide. L'expérience est en accord avec cette
conclusion car la grande majorité des particules α traversent la feuille d'or sans déviation.
5) Certaines particules α sont déviées par interaction électrostatique avec la charge portée par le noyau de l'atome
d'or.
6) Deux charges de la même valeur se repoussent (ce qui provoque la déviation des particules α). Les charges des
particules α et du noyau d'un atome d'or sont donc de même signe. Comme la particule α est chargée positivement
(ligne 5 du texte 1), la charge électrique du noyau d’un atome d’or est positive.
UNIVERS – CHAPITRE 7 – UN MODELE POUR L’ATOME
ACTIVITÉ 2
CARACTERISTIQUES D'UN ATOME
Le physicien français Georges Charpak a reçu le Prix Nobel en 1992 pour la mise au point du détecteur de
particules. A travers un extrait de son livre « La vie à fil tendu », nous allons essayer de voir la structure d’un
atome.
Lorsque j'entrais au laboratoire dirigé par Joliot au Collège de France, la
connaissance que j'avais de la structure de la matière ne devait guère dépasser
celle acquise par un lycéen de 1993 abonné à de bonnes revues de
vulgarisation. Je les résume rapidement : la matière est composée d’atomes,
eux - mêmes constitués de noyaux entourés d'un cortège d'électrons .Les
noyaux portent une charge électrique positive qui est de même valeur et de
sens opposé à la charge des électrons qui gravitent autour du noyau .La masse
d'un atome est concentrée dans le noyau. Peut-être, sans prétendre faire un
cours de vulgarisation, puis - je donner quelques précisions en me fondant sur
les notions qui sont intuitives chez presque tous les lecteurs ?
Un litre d'eau contient environ trente millions de milliards de milliards d'atomes
d'oxygène et deux fois plus d'atomes d’hydrogène. Or le litre d'eau pèse un
kilogramme. Si je devais exprimer le poids de chaque atome avec les unités
familières dans la vie courante, comme le kilogramme, je traînerais des chiffres avec une quantité quasi
insupportable de zéros après la virgule ! [ ..... ]
Le diamètre d'un atome est voisin d'un centième de millionième de centimètre. Celui d'un noyau d'atome est
cent mille fois plus petit. On voit donc que presque toute la masse d'un atome est concentrée en un noyau
central et que, loin sur la périphérie, se trouve un cortège qui est fait de particules de charge électrique négative,
les électrons .C'est ce cortège seul qui gouverne le contact des atomes entre eux et donc tous les phénomènes
perceptibles de notre vie quotidienne, tandis que les noyaux, tapis au cœur des atomes, en constituent la masse.
Extrait du livre " La vie à fil tendu" de Georges Charpak . 1993
1) Quelles sont les deux parties principales d’un atome ?
2) Quel type de charge électrique est porté par l’électron ?
3) Quel est l'ordre de grandeur du diamètre d'un atome ? de son noyau ?
4) Que contient le noyau ?
5) Quel type de charge électrique est porté par le noyau ?
6) Comment est l’atome d’un point de vue électrique ?
7) Où se trouve concentrée la masse de l’atome ?
UNIVERS – CHAPITRE 7 - UN MODELE POUR L'ATOME
BILAN
Ce qu'il faut savoir :
Je pense le
savoir
Je ne pense
pas encore
lesavoir
Je pense
savoir faire
Je ne pense
pas encore
savoir faire
Connaître la constitution d’un atome et de son noyau. Connaître et utiliser le symbole A
Z X → ACTIVITE 1 + EX 4, 5, 6, 7 ET 9 P 160 Savoir que l’atome est électriquement neutre. → ACTIVITE 1 + EX 4, 5, 6, 7 ET 9 P 160 Connaître le symbole de quelques éléments. → TOUT LE CHAPITRE 7 Z Savoir que la masse de l’atome est pratiquement égale à celle de son noyau. → ACTIVITE 2 + EX 11 P 160 Ce qu'il faut savoir faire :
Dénombrer le nombre de constituants d'un atome à partir du symbole ZA X → EX 4, 5, 6, 7 ET 9 P 160 Déterminer la masse d'un atome → ACTIVITE 2 + EX 11 P 160