Selon les chimistes, les atomes sont les éléments fondamentaux de la matière. Cette hypothèse, désormais prouvée, a vu le jour plusieurs siècles auparavant.
Les penseurs d’antan estimaient que les atomes étaient indivisibles. D’ailleurs, le mot atome vient du grec ancien ἄτομος [átomos] qui veut dire insécable. Cette idée est notamment apparue chez les présocratiques de la Grèce Antique, au Vᵉ siècle av. J.-C. Quant aux traces écrites qui traitent de l’existence de ces éléments minuscules (molécules ou atomes), elles datent de plusieurs siècles plus tard. Entre le XVIIᵉ et le XIXᵉ siècle, de grands auteurs ont mentionné ces entités dans leurs écrits. Descartes, auteur deLe Monde, et Galilée, de Il Saggiatore, en font partieet. Néanmoins, ce n’est qu’en 1908 que Jean Perrin a réussi à prouver que la matière est formée par des atomes.
Dans cet article :
Un atome, qu’est-ce que c’est ?
Atome est le nom utilisé par les physiciens pour désigner la plus petite partie d’un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec un autre. En de termes simples, toutes les substances solides, liquides ou gazeuses sont fondamentalement constitués d’atomes.
De quoi est composé un atome ?
Si autrefois, les scientifiques pensaient encore qu’un atome est insécable, aujourd’hui, ce n’est plus le cas. Il a été prouvé qu’un atome se compose de protons, de neutrons et d’électrons. Chacune de ces entités est elle-même l’ensemble d’éléments encore plus petits, appelés quarks. Néanmoins, nous nous focaliserons sur l’atome et ses trois constituants.
Les protons et les neutrons, dont l’ensemble est aussi appelé nucléons, forment le noyau de l’atome. Les protons sont chargés positivement, tandis que les neutrons, comme leur nom l’indique, ont une charge neutre.
Quant aux électrons, ils orbitent autour du nucléon grâce essentiellement à sa charge négative. Concrètement, leur charge négative fait qu’ils sont attirés par le noyau (chargé positivement). L’agitation de ces entités autour d’un noyau constitue un nuage électronique. Selon leur énergie, les électrons peuvent avoir un mouvement plus ou moins intense.
Quelle est la différence entre un atome et un autre ?
Un atome a une charge neutre, car il a un nombre égal de protons et d’électrons. Ce nombre désigne le numéro atomique noté Z, tandis que celui des neutrons est symbolisé par N. La somme de Z et de N donne la quantité de nucléons notée A qui est le nombre de masse. Cela donne la formule suivante : A = Z + N.
Les éléments chimiques
Chaque atome appartient à un élément chimique qui possède son propre symbole (X), précédé par son numéro atomique (ZX). En effet, c’est la quantité de protons (ou d’électrons) dans l’atome qui détermine son élément chimique. Par exemple, l’atome d’hydrogène dispose d’un unique proton et est symbolisé par 1 H. En outre, l’atome de fer, lui, a 26 protons et est représenté par le symbole 26Fe.
Cette classification des atomes a été imaginée par Dimitri Mendeleïev en 1869. Elle se base notamment sur la masse et sur les propriétés chimiques des atomes. Avec le temps, cette méthode de classification a évolué pour prendre sa forme actuelle : le tableau périodique des éléments.
Les isotopes
Tous les atomes d’un même élément chimique ont la même quantité de protons. Quant au nombre de neutrons, il peut varier. Des atomes d’un même élément chimique avec différente quantité de neutrons sont alors appelés isotopes.
L’hydrogène, par exemple, présente trois isotopes naturels : l’hydrogène simple, le deutérium (un neutron) et le tritium (deux neutrons). Le premier isotope qui est également le plus répandu ne contient aucun neutron.
Par exemple, l’uranium qui dispose de 92 protons présente deux isotopes naturels : l’uranium 235 et l’uranium 238. Ici, les numéros 235 et 238 désignent le nombre de masse (A) ou celui de nucléons. Comme A = Z + N, donc 235 = 92 + 143 et 238 = 92 + 146.
Pour classer les différents isotopes, il suffit d’écrire le symbole de leur élément chimique avec leur nombre de nucléons. Concernant le cas de l’uranium 235 et l’uranium 238, cela donne 238U et 235U.
Invisible, mais bien présent
Autrefois, les Hommes pensaient que les atomes n’existaient pas, car ils étaient dans l’incapacité de les observer. Pour cause, le diamètre d’un atome (noyau et nuage électronique) mesure entre 0,5 .10-10 m (hydrogène) à 4,3 .10-10 m (radium).
En d’autres termes, il faudrait multiplier par 1 million le diamètre d’un atome d’hydrogène pour obtenir celui d’un cheveu. Si l’atome est petit, son noyau l’est encore plus. En fait, le diamètre du noyau atomique est environ 100 000 fois inférieur à celui du nuage atomique.
Aujourd’hui, ces entités sont observables grâce aux microscopes à sonde locale.
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Le volume et la masse d’un atome
La masse
Un neutron et un proton ont une masse quasi égale. Par contre, la masse d’un électron est de 1 840 fois inférieure à celle d’un neutron ou d’un proton. De ce fait, la majorité de la masse d’un atome est contenue dans le noyau. Il en est de même avec le système solaire, dont la masse est concentrée dans le Soleil.
Par ailleurs, calculer la masse d’un noyau est assez simple dès que l’on connaît son nombre de masse. Il suffit de multiplier A par la masse d’un nucléon qui est d’environ 1,67.10-27 kg. Bien sûr, ce calcul est seulement une estimation de la masse d’un atome. Cependant, il est possible de quantifier précisément la masse de celui-ci avec un spectromètre de masse.
Le volume de l’atome
Tout comme pour sa masse, un atome a un volume infiniment petit. À titre de comparaison, une tête d’épingle en fer comprend environ 60 millions de milliards d’atomes de fer. Pourtant, le volume du bout d’épingle est seulement de 1 mm3.
La masse volumique du noyau d’un atome
Le noyau d’un atome de fer présente un diamètre de l’ordre de 10-14 m et une masse d’approximativement 9,3.10-26 kg. Avec la formule : masse volumique = masse/volume, le résultat est de 1,8 .1017 kg/m3. Effectivement, un centimètre cube de noyau de fer pèse environ cent millions de tonnes. À l’échelle de la tête d’épingle, un tel concentré de noyau de fer aurait une masse de 180 milles tonnes.
La matière noire, quasiment partout
Qu’y a-t-il entre le noyau d’un atome et son nuage électronique ? La réponse est « rien » ! Enfin, il y a ce que les scientifiques ont baptisé « matière noire » et elle reste encore méconnue. Néanmoins, les chercheurs estiment qu’elle constitue environ 95 % de l’ensemble de l’Univers.
Un commentaire
Fascinants le monde de l »infiniment petit et celui du grand .
Rien n’indique que nous soyonns au milieu puisque nous ne savons où ils commencent et finissent .