Vous êtes-vous déjà demandé de quoi sont faites les choses autour de vous? Disons simplement que vous regardez une table, vous pourriez appeler une table en bois. Même ainsi, quand vous regardez le miroir, vous direz qu'il est en verre. Au fond, ces deux matériaux ont des caractéristiques différentes, mais saviez-vous qu'ils sont tous deux composés de la même matière? Son nom est atome.
Les atomes sont les plus petites particules d'un élément qui participent à des réactions chimiques. Leur très petite taille les rend incapables d'être vus même avec les microscopes optiques les plus puissants. Parmi ceux-ci, le plus petit est l'atome d'hydrogène.
Modèles Atom
Les scientifiques ont étudié ces plus petites particules pendant des siècles, mais ils n'ont pas été en mesure de déterminer leur apparence. Ce n'est qu'en 1808 que Dalton publie sa théorie sur la structure de l'atome. Depuis lors, les modèles atomiques ont évolué avec les dernières découvertes. Cette fois, nous discuterons des différents modèles atomiques proposés par les scientifiques.
La théorie de Dalton
John Dalton est un chimiste, physicien et météorologue britannique qui a publié pour la première fois des recherches sur l'existence des atomes. Dalton a expliqué que la matière est constituée de particules indivisibles appelées atomes.
Malheureusement, d'autres recherches ont prouvé que l'atome lui-même est divisible et se compose de particules subatomiques. Les particules subatomiques sont constituées d'électrons, de protons et de neutrons. Depuis, les scientifiques ont tenté de proposer différents modèles en considérant la position de ces particules subatomiques, dont JJ Thomson et Rutherford.
Le modèle atomique montre la structure atomique et la disposition des particules subatomiques dans un atome. La découverte des protons et des électrons a conduit les scientifiques à affirmer que les atomes sont constitués de protons et d'électrons qui équilibrent leurs charges. Ils ont découvert que les protons étaient à l'intérieur de l'atome, tandis que les électrons étaient à l'extérieur et facilement détachés.
Il existe 4 modèles atomiques proposés par les scientifiques, à savoir le modèle proposé par Thomson, Rutherford, Bohr et le modèle de mécanique quantique.
Modèle Thomson d'Atom
Joseph John Thomson était le physicien britannique lauréat du prix Nobel qui a proposé le premier le modèle atomique. En fait, il les a publiés avant la découverte du proton et du noyau atomique. Dans sa théorie, Thomson considérait les atomes comme du pain aux raisins secs ou le modèle du pudding aux prunes parce que les électrons de la sphère de charge positive ressemblaient à des fruits secs dans le pudding de Noël.
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Ce modèle suppose qu'un atome est constitué d'une boule chargée positivement avec des électrons intégrés. Un atome peut avoir une charge neutre car il a les mêmes charges négatives et positives.
Modèle de l'atome nucléaire de Rutherford
Ernest Rutherford est un physicien et chimiste né en Nouvelle-Zélande basé en Angleterre. Il a proposé le modèle atomique après avoir mené une expérience connue sous le nom d'expérience de diffusion de Rutherford. Lui et deux de ses étudiants ont mené des expériences de diffusion de rayons alpha sur une fine plaque d'or.
Rutherford a considéré que la charge positive globale d'un atome est concentrée dans une très petite région connue sous le nom de noyau. Les électrons tournent autour du noyau atomique à grande vitesse dans des chemins circulaires appelés orbites. L'attraction électrostatique entre le noyau et les électrons maintient les électrons dans leur trajectoire.
Le modèle de Rutherford a également révélé que le nombre de protons est égal au nombre d'électrons et est connu sous le nom de numéro atomique. Pendant ce temps, si le nombre de protons et le nombre de neutrons sont combinés, la valeur est la même que le numéro de masse atomique.
Malheureusement, le modèle d'atome de Rutherford était incapable d'expliquer la stabilité de l'atome. Selon la théorie électromagnétique, les particules chargées perdent de l'énergie lors de l'accélération. La perte d'énergie peut ralentir la vitesse des électrons et éventuellement, les électrons seront attirés vers le noyau et les atomes seront détruits. En dehors de cela, le modèle d'atome de Rutherford n'a pas non plus expliqué quoi que ce soit sur la distribution des électrons et des énergies électroniques. De plus, ce modèle atomique est également incapable d'expliquer le spectre de raies fourni par chaque élément.
Modèle d'atome de Bohr
Pour répondre aux lacunes du modèle atomique de Rutherford, notamment en ce qui concerne le spectre des raies et la stabilité atomique, Niels Bohr a ensuite publié son propre modèle atomique. Il a dit que les électrons tournent autour du noyau de l'atome dans certaines orbites circulaires appelées coquilles d'énergie ou niveaux d'énergie. Les électrons en rotation dans la coquille d'énergie sont associés à une quantité d'énergie fixe. Ces coquilles d'énergie sont numérotées 1, 2, 3, et ainsi de suite à partir du noyau atomique ou sont spécifiées comme des coquilles k, l, m, et ainsi de suite.
La disposition des électrons dans un atome est connue sous le nom de configuration électronique. La configuration électronique peut aider à expliquer comment les atomes se lient ensemble. Le remplissage d'électrons dans les coquilles atomiques commence par le remplissage de la coquille la plus intérieure ou de celle avec la plus faible énergie. Le nombre maximum d'électrons pouvant occuper la coquille est de 2n2.
Théorie atomique de la mécanique quantique
Malheureusement, le modèle atomique proposé par Bohr n'a pas été en mesure d'expliquer le spectre des atomes d'hydrogène dans les champs magnétiques et électriques. Le physicien autrichien Erwin Schrödinger a tenté d'y répondre. Il a développé une théorie atomique basée sur les principes de la mécanique quantique. Le modèle proposé par Schrödinger n'est pas très différent de celui de Bohr, en ce que l'atome a un noyau chargé positivement et est entouré d'électrons chargés négativement. La différence réside dans la position des électrons qui entourent le noyau atomique.
Dans sa théorie, Bohr a soutenu que les électrons encerclent le noyau atomique sur des orbites à une certaine distance du noyau atomique qui s'appelle le rayon atomique. Mais dans la théorie de la mécanique quantique, la position des électrons entourant le noyau atomique ne peut pas être connue avec certitude, selon le principe d'incertitude de Heisenberg. Par conséquent, la plus grande probabilité de position d'un électron est dans cette orbite. Autrement dit, on peut dire que la région de plus grande probabilité pour trouver des électrons dans les atomes est dans les orbitales.
Le modèle de mécanique quantique indique également que le mouvement des électrons autour du noyau atomique a la propriété du dualisme, comme le propose de Broglie. Comme le mouvement des électrons autour du noyau a une nature ondulatoire, l'équation du mouvement des électrons autour du noyau doit être liée à la fonction d'onde.
Schrödinger a complété sa théorie par une équation qui stipule que le mouvement des électrons autour du noyau atomique associé à la nature dualiste de la matière peut être exprimé en termes de coordonnées cartésiennes. Cette équation est devenue connue sous le nom d'équation de Schrödinger.
À partir de cette équation, Schrödinger a produit trois nombres quantiques, à savoir le quantum principal (n), le quantum azimutal (A) et le quantum magnétique (m). Ces trois nombres quantiques sont des nombres entiers simples indiquant la probabilité d'électrons autour du noyau atomique. La solution de l'équation de Schrödinger donne trois nombres quantiques. L'orbitale est dérivée de l'équation de Schrödinger de sorte qu'il existe une relation entre l'orbitale et les trois nombres.
