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Historique des modèles de l'atome

Dans l'histoire des sciences, plusieurs modèles de l'atome ont été développés, au fur et à mesure des découvertes des propriétés de la matière. Aujourd'hui encore, on utilise plusieurs modèles différents; en effet, le modèle le plus récent est assez complexe, l'utilisation de modèles «anciens» ou partiellement faux, mais plus simples, facilite la compréhension, donc l'apprentissage et la réflexion.

Depuis l'antiquité grecque, on supposait que la matière pouvait se fractionner en petits morceaux jusqu'à obtenir des grains insécables, qu'elle était comme «de la poussière dans la lumière». C'est avec l'expérience de Rutherford que l'on atteint enfin ce grain: les particules alpha, en traversant la matière, voient leur trajectoire perturbée, ce qui va permettre enfin de savoir comment est organisée cette «poussière»...

1675: Jean Picard observe une luminescence verte en agitant un tube de baromètre; on découvrira quelques siècles plus tard que cela est dû à l'électricité statique et aux vapeurs de mercure;

1854: Geissler et Plücker découvrent les rayons cathodiques, des rayons verts luminescents lorsque l'on établit une forte tension électrique dans une ampoule dont on a pompé l'air (faible pression de gaz); ils inventent ainsi la lampe à décharge, qui éclaire maintenant nos supermarchés d'une lumière blanche, nos rues et nos stationnements d'une lumière orange (lampes au sodium);

1897: J. J. Thomson établit que ces rayons cathodiques sont constitués de particules chargées négativement arrachées à la matière, et découvre ainsi l'électron; c'est la première décomposition de l'atome;

1900: Max Planck montre la quantification des échanges d'énergie dans la matière (recherches sur le corps noir);

1911: expérience de Rutherford: il bombarde une feuille d'or par des particules alpha (des noyaux d'hélium, chargés positivement, obtenus par radioactivité); il en déduit que:

la plupart des particules vont en lignes droites, donc la matière est «pleine de trous»;

mais certaines sont déviées et même rebroussent chemin, donc elles rencontrent des îlots très concentrés de matière chargée positivement (les + se repoussent entre eux).

Il en déduit le modèle atomique planétaire: l'atome est constitué d'un noyau positif très petit et d'électrons tournant autour; ce modèle pose un gros problème: en tournant, les électrons devraient perdre de l'énergie par rayonnement, et donc s'écraser sur le noyau… (ex.: Capture K)

1913: Niels Bohr réunit les concepts de Planck et de Rutherford, et propose un modèle atomique quantique: les orbites des électrons ont des rayons définis, il n'existe que quelques orbites «autorisées»; ainsi, les échanges d'énergie quantifiés correspondent à des sauts entre les orbites définies, et lorsque l'électron est sur l'orbite la plus basse, il ne peut pas descendre en dessous et s'écraser (mais ce modèle n'explique pas pourquoi);

1914: l'expérience de Franck et Hertz valide le modèle de Bohr: ils bombardent de la vapeur de mercure avec des électrons; l'énergie cinétique perdue par les électrons traversant les vapeurs est toujours la même;

1924: Louis de Broglie postule la dualité onde-corpuscule;

1926: Schrödinger modélise l'électron comme une onde, l'électron dans l'atome n'est donc plus une boule mais un «nuage» qui entoure le noyau; ce modèle, contrairement aux autres, est stable car l'électron ne perd pas d'énergie.

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