ModèLes Atomiques

Nous expliquons ce que sont les modèles atomiques et comment ils ont évolué, de l’Antiquité à nos jours.

Ces modèles cherchent essentiellement à expliquer de quoi est faite la matière.

Que sont les modèles atomiques ?

Les différentes représentations graphiques de la structure et du fonctionnement des atomes sont appelées modèles atomiques . Les modèles atomiques ont été développés tout au long de l’histoire de l’humanité à partir des idées qui ont été manipulées à chaque époque concernant la composition de la matière .

Les premiers modèles atomiques remontent à l’antiquité classique , lorsque les philosophes et les naturalistes se sont aventurés à penser et à déduire la composition des choses qui existent, c’est-à-dire de la matière.

Voir aussi: règle d’octet

Modèle atomique de Démocrite (450 avant JC)

La « théorie atomique de l’univers » a été créée par le philosophe grec Démocrite avec son mentor, Leucippe. A cette époque , la connaissance n’était pas acquise par l’expérimentation , mais par le raisonnement logique , basé sur la formulation et la discussion d’idées.

Démocrite a proposé que le monde était composé de particules très petites et indivisibles , d’ existence éternelle , homogènes et incompressibles, dont les seules différences étaient de forme et de taille, jamais de fonctionnement interne. Ces particules ont été baptisées « atomes », un mot qui vient du grec atémnein et signifie « indivisible ».

Selon Démocrite, les propriétés de la matière étaient déterminées par la façon dont les atomes étaient regroupés. Des philosophes ultérieurs tels qu’Épicure ont ajouté le mouvement aléatoire des atomes à la théorie .

Modèle atomique de Dalton (1803 après JC)

Le premier modèle atomique scientifiquement fondé est né au sein de la chimie , proposé par John Dalton dans ses « Atomic Postulates ». Il soutenait que tout était fait d’atomes, indivisibles et indestructibles , même par des réactions chimiques .

Dalton a proposé que les atomes d’un même élément chimique étaient égaux entre eux et avaient la même masse et les mêmes propriétés. D’autre part, il a proposé le concept de poids atomique relatif (le poids de chaque élément par rapport au poids de l’hydrogène), comparant les masses de chaque élément à la masse de l’hydrogène. Il a également proposé que les atomes puissent se combiner les uns avec les autres pour former des composés chimiques.

La théorie de Dalton avait quelques défauts. Il a affirmé que les composés chimiques sont formés en utilisant le moins possible d’atomes de leurs éléments. Par exemple, la molécule d’ eau , selon Dalton, serait HO et non H 2 O, ce qui est la bonne formule. D’autre part, il disait que les éléments à l’état gazeux étaient toujours monoatomiques (composés d’un seul atome), ce que nous savons n’est pas réel.

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Modèle atomique de Lewis (1902 après JC)

Aussi appelé « Cubic Atom Model », dans ce modèle, Lewis a proposé la structure des atomes distribués sous la forme d’un cube , dans les huit sommets duquel se trouvaient les électrons . Cela permit des progrès dans l’étude des valences atomiques et des liaisons chimiques , notamment après sa mise à jour par Irving Langmuir en 1919, où il proposa « l’atome octet cubique ».

Ces études ont été à la base de ce que l’on appelle aujourd’hui le diagramme de Lewis, un outil très utile pour expliquer la liaison covalente.

Modèle atomique de Thomson (1904 après JC)

Thomson a supposé que les atomes étaient sphériques avec des électrons intégrés en eux.

Proposé par JJ Thomson, découvreur de l’électron en 1897, ce modèle est antérieur à la découverte des protons et des neutrons , pour laquelle il supposait que les atomes étaient composés d’une sphère chargée positivement et que des électrons chargés négativement y étaient incrustés, comme des raisins secs dans le pudding. Cette métaphore a donné au modèle l’épithète de  » Raisin Pudding Model « .

Ce modèle a fait une prédiction incorrecte de la charge positive dans l’atome, car il a déclaré qu’elle était distribuée dans tout l’atome. Cela a ensuite été corrigé dans le modèle de Rutherford où le noyau atomique a été défini.

Modèle atomique de Rutherford (1911 après JC)

Ernest Rutherford a réalisé une série d’ expériences en 1911 en utilisant une feuille d’or. Dans ces expériences, il a déterminé que l’atome est composé d’un noyau atomique chargé positivement (où la majeure partie de sa masse est concentrée) et d’électrons, qui tournent librement autour de ce noyau. Dans ce modèle, l’existence du noyau atomique est proposée pour la première fois.

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Modèle atomique de Bohr (1913 après JC)

En sautant d’une orbite à l’autre, les électrons émettent un photon différenciant l’énergie entre les orbites.

Ce modèle initie les postulats quantiques dans le monde de la physique , c’est pourquoi il est considéré comme une transition entre la mécanique classique et la mécanique quantique . Le physicien danois Niels Bohr a proposé ce modèle pour expliquer comment les électrons pourraient avoir des orbites stables (ou des niveaux d’énergie stables) entourant le noyau. Cela explique également pourquoi les atomes ont des spectres d’émission caractéristiques.

Dans les spectres réalisés pour de nombreux atomes, on a observé que les électrons d’un même niveau d’énergie avaient des énergies différentes. Cela a montré qu’il y avait des erreurs dans le modèle et que des sous-niveaux d’énergie doivent exister à chaque niveau d’énergie.

Le modèle de Bohr se résume en trois postulats :

  • Les électrons tracent des orbites circulaires autour du noyau sans émettre d’énergie .
  • Les orbites autorisées aux électrons sont celles avec une certaine valeur de moment cinétique (L) (quantité de rotation d’un objet) qui est un multiple entier de la valeur , soit h=6,6260664×10 -34   et n=1, 2, 3….
  • Les électrons émettent ou absorbent de l’énergie lorsqu’ils sautent d’une orbite à l’autre et, ce faisant, ils émettent un photon qui représente la différence d’énergie entre les deux orbites.

Modèle atomique de Sommerfeld (1916 après JC)

Le modèle de Sommerfeld était basé en partie sur les postulats relativistes d’Albert Einstein.

Ce modèle a été proposé par Arnold Sommerfield pour tenter de combler les lacunes du modèle de Bohr.

Il était basé en partie sur les postulats relativistes d’Albert Einstein. Parmi ses modifications figure l’affirmation selon laquelle les orbites des électrons étaient circulaires ou elliptiques , que les électrons avaient de minuscules courants électriques et qu’à partir du deuxième niveau d’énergie, il y avait deux sous-niveaux ou plus.

Modèle atomique de Schrödinger (1926 après JC)

Proposé par Erwin Schrödinger à partir des études de Bohr et Sommerfeld, il a conçu les électrons comme des ondulations de la matière , ce qui a permis la formulation ultérieure d’une interprétation probabiliste de la fonction d’onde (magnitude utilisée pour décrire la probabilité de trouver une particule dans l’espace) par Max Né.

Cela signifie que la position d’un électron ou son impulsion peuvent être étudiées de manière probabiliste, mais pas les deux en même temps, en raison du principe d’incertitude de Heisenberg.

C’est le modèle atomique actuel au début du 21e siècle, avec quelques ajouts ultérieurs. Il est connu sous le nom de « modèle d’onde quantique ».