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Sous les atomes

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Selon Rutherford, un atome est constitué d'un noyau chargé positivement, autour duquel gravitent des électrons. Entre ces composants : du vide.
Il y a 150 ans, on pense que la matière est constituée de petits grains indivisibles qu'on appelle les atomes. Mais la périodicité du tableau de Mendeleiev incite à revoir cette définition.

L'atome est sécable
En 1897, l'Anglais Joseph Thomson découvre, dans la matière, l'existence de petites particules dotées de charges électriques négatives, les électrons. L'atome n'est donc plus une entité insécable.

En 1907, il propose un modèle de l'atome. Une sorte de gelée de charge positive, dans laquelle les électrons, disposé en couches, circulent. La couche externe, appelée aussi couche de valence, plus ou moins remplie en électrons, est responsable des propriétés chimiques de la matière.

Un tout petit noyau de protons et de neutrons
En 1919, le Néo-Zélandais Rutherford découvre le proton en bombardant une feuille d'or avec des projectiles microscopiques. La plupart des projectiles traversent la feuille d'or avec à peine une légère déviation. Sauf quelques particules qui rebondissent. Pourquoi ? Rutherford imagine que ces particules rebondissantes frappent un noyau très dense au cœur de chaque atome tandis que les autres projectiles poursuivent leur chemin.

Rutherford vient de découvrir la structure de l'atome. Au centre, on trouve un tout petit noyau constitué de charges positives, les protons, qui forment presque toute la masse de l'atome. Les électrons, chargés négativement, gravitent tout autour en occupant un espace considérable, mais pratiquement vide de matière. En somme, l'atome ressemble au système solaire.

Puis, en 1932, suite à une conférence des Joliot-Curie sur une particule étrange qu'ils n'arrivent pas à analyser, Chadwick isole le neutron.

Du vide, et des questions...
Au milieu du XXè siècle, on sait donc qu'un atome est composé d'un noyau central, lui même assemblage de protons et de neutrons, et d'un nuage périphérique composé d'un cortège d'électrons, qui tournent à des vitesses prodigieuses autour du noyau. Il existe beaucoup d'atomes différents mais ils sont tous fabriqués à partir de protons, de neutrons et d'électrons tous identiques.

Le diamètre du nuage électronique sphérique de l'atome est de l'ordre de 10 puissance moins 10 mètres. Pour atteindre un centimètre, il faudrait aligner 100 millions d'atomes. Le noyau est encore beaucoup plus petit. Il occupe une sphère d'un diamètre de 10 puissance moins 15 mètres en moyenne, soit près de 100 000 fois plus petite que l'atome.

Globalement, un atome est donc composé surtout… de vide. Comment expliquer, dans ces conditions, la solidité de la matière, sa résistance quand on la touche ? Autre étrangeté : les électrons sont chargés négativement. Puisque les charges contraires s'attirent, ils devraient donc s'écraser rapidement sur le noyau central de charge positive. Comment expliquer que cet effondrement ne se produise pas ?

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