Question 1

Comment a-t-on démontré le modèle atomique ?
C'est grâce à l'expérience de Rutherford que l'on connaît la structure de l'atome. Il a pu la démontrer grâce à ses expériences menées sur l'or.

Selon le modèle de Thomson, les atomes sont des boules pleines de matière chargées positivement et piquées d'électrons chargés négativement. L'ensemble est électriquement neutre. Le vide étant absent dans les atomes de Thomson, les particules α ne peuvent pas traverser un atome car elles se heurtent forcément à la matière. De plus, d'après Thomson, les atomes d'or étaient empilés suivant l'épaisseur de la feuille de manière à laisser le moins de vide possible.

Il est donc très difficile pour une particule α de traverser la feuille d'une part et de ne pas être déviées d'autre part.

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Question 2

Selon Rutherford, l'atome est constitué essentiellement de vide. Donc l'essentiel des particules α passent par du vide et arrivent à traverser la feuille d'or.

Question 3

Rutherford affirme que le rayon du noyau de l'atome est 104 à 105 fois plus petit que celui de l'atome. D'après les données actuelles :

Donc Ratome = 2,1 x 104 Rnoyau : sa conclusion est vérifiée par les données actuelles.

Il affirme également que l'essentiel de la masse de l'atome est contenue dans son noyau. D'après les données actuelles :

Donc l'hypothèse de Rutherford est vérifiée.

D'après les deux conclusions précédentes, il a pu en déduire que l'atome est essentiellement constitué de vide.

Question 4

Un charge électrique positive exerce une action répulsive dur une charge de même signe. Ainsi, le noyau chargé positivement va repousser les particules α (qui sont  des ions Hélium He2+) qui se dirigent sur lui. Les particules α peuvent alors suivre trois types de trajectoires.

  • si α ne croise que le vide, la particule n'est pas déviée et traverse la feuille ;
  • si α arrive sur le noyau comme si elle allait heurter le noyau, alors α est déviée de sa trajectoire avant de se heurter au noyau.
  • si α arrive de pleine face sur le noyau, la répulsion s'exerce encore mais α est renvoyé en arrière.


L'expérience de Rutherford

Ernest Rutherford

Qui était Ernest Rutherford ?
Ernest Rutherford était un physicien de Nouvelle-Zélande. Ses nombreuses découvertes ont fait la fierté de son pays.

Ernest Rutherford est un physicien et chimiste néo-zélandais ayant vécu de 1871 à 1937. On le considère comme l'un des précurseurs de la physique nucléaire. On lui doit notamment la découverte :

  • Des rayons alpha,
  • Des rayons bêta,
  • Du noyau atomique et de ses charges électroniques,
  • De la désintégration nucléaire.

Toutes ses recherches le conduisirent à diriger le prestigieux laboratoire Cavendish de l'université de Cambridge au Royaume-Uni mais aussi de recevoir le prix Nobel de chimie en 1908.

Le déroulement de l’expérience

En 1909, le physicien britannique Ernest Rutherford (1871 - 1937) réalise une expérience décisive pour la connaissance de la structure de l'atome. Quelques années auparavant, son compatriote Joseph John Thomson (1856 - 1940) a proposé un modèle, dans lequel il compare l'atome à une boule de matière de charge électrique positive, « piquée » d'électrons, particules de charge négative (document 1). Dans un matériau solide comme l'or, ces sphères seraient empilées de façon à occuper un volume minimal.

Rutherford vient juste de montrer que les particules α émises par certaines sources radioactives sont des ions hélium He2+ (atomes d'hélium ayant perdu 2 électrons). Lors de son expérience, il bombarde une feuille d'or de très faible épaisseur (0,6 µm) par des particules α émises par une source de radium. Les taches qui apparaissent sur un écran fluorescent lui permettent de connaître la trajectoire suivie par les particules (document 2)

Rutherford constate alors que la grand majorité d'entre elles traversent la feuille d'or sans être déviées, la tache lumineuse principale observée sur l'écran garde en effet la même intensité avec ou sans feuille d'or. Quelques impacts excentrés montrent que seules quelques-unes sont déviées. D'autres (1 sur 20 000 à 30 000) semblent renvoyées vers l'arrière.

En 1911, après une longue réflexion, Rutherford propose un nouveau modèle, dans lequel l'atome est constitué d'un noyau chargé positivement, autour duquel des électrons, chargés négativement, sont en mouvement et restent à l'intérieur d'une sphère. Le noyau est 104 à 105 fois plus petit que l'atome et concentre l'essentiel de sa masse. L'atome est donc essentiellement constitué de vide.

La structure atomique

Composition du noyau

Le noyau d'un atome se compose d'éléments que l'on appelle les nucléons. Ce sont eux qui définissent le nombre de masse d'un atome.

Le nombre de masse d’un atome est le nombre de nucléons qu’il contient. Il s’agit donc de la somme du nombre de protons et du nombre de protons qui constituent le noyau de l’atome

Dans ces nucléons se trouvent des protons dont la charge est positive et des neutrons à charge neutre. Ces deux composants sont très fortement liés entre eux.

Le rayon d'un nucléon est d'environ 10-15 m alors que l'atome tout entier a un diamètre avoisinant les 10-10 m.

Stabilité de l'atome

Pour que le noyau et les électrons restent stables entre eux. Ils sont donc liés par une énergie de liaison. Si ils ne sont pas bien liés entre eux, les atomes deviennent instables et se transforment. Ils sont donc radioactifs.

Il existe trois types de radioactivité.

Comment fonctionne une centrale atomique ?
Les 3 types de radioactivité peuvent être présentes dans les centrales nucléaires. C'est grâce à la fission de noyaux radioactifs que l'on peut récupérer de la chaleur qui sera transformée en énergie.

Radioactivité gamma

La radioactivité gamma est un rayonnement provoqué par une désintégration gamma. Le plu souvent, ces désintégrations accompagnent des désintégrations alpha ou bêta. En effet, quand il émet un rayon alpha ou bêta, le noyau devient excité. Lors de l’émission d’un rayonnement électromagnétique gamma, le noyau peut donc redescendre à un état plus stable.

Radioactivité bêta

La radioactivité bêta est un type de désintégration radioactive où une particule bêta (électron ou positron) est émise. On parle de radioactivité bêta + quand un positron est émis mais on parle de radioactivité – quand c’est un électron qui est émis.

Radioactivité alpha

La radioactivité alpha est un rayonnement provoqué par une désintégration alpha qui est une désintégration radioactive où un noyau atomique éjecte une particule alpha qui se transforme en un autre noyau dont le nombre de masse est diminué de 4 et le numéro atomique de 2 à cause de la particule alpha manquante qui est analogue au noyau d’hélium 4.

Stabilité du noyau

Certains noyaux qui ont une bonne énergie de liaison restent stables. En réalité, la stabilité n'existe pas vraiment. On considère qu'on atome est stable quand sa demie-vie est égale à 1033 années, soit la durée de vie du proton.

En conclusion, il n'existe aucun noyau qui soit réellement stable à l'échelle de l'Univers. Par exemple, le diamant que nous trouvons tous très solide et stable est instable à l'échelle de la Terre mais stable à l'échelle de l'Homme.

Liaisons

Dans un solide moléculaire les atomes sont liés par des liaisons covalentes : les deux atomes mettent en commun leurs électrons célibataires pour créer un doublet liant.

Quand les deux atomes sont identiques, la paire d’électron qui relie les deux atomes est répartie équitablement entre les deux atomes. On dit alors que la molécule est apolaire.

Quand deux atomes qui mettent leurs électrons en jeu sont différents et qu’il existe une différence d’électronégativité significative entre ces deux atomes, la liaison est dire polarisée et on appelle ce type de molécule, molécule polaire.

Une liaison covalente est dite polarisée si les deux atomes qui sont liés ont des électronégativités très différentes. En effet, dans ce cas, un des deux atomes aura tendance à attirer les électrons, ce qui a pour effet de polariser la liaison. Plus la différence d’électronégativité est grande et plus la polarisation de la liaison sera importante. Il se forme ainsi une sorte de dipôle électrique.
Le décalage des électrons conduit à noter une charge partielle négative δ– sur l’atome le plus électronégatif et une charge partielle positive δ+ sur le moins électronégatif

Électronégativité

A quoi sert l'électronégativité ?
L'électronégativité des molécules va jouer un rôle dans leur association lors des réactions chimiques.

La stabilité des structures électroniques est aussi impactée par l'électronégativité.

L’électronégativité d'un élément est sa capacité à attirer les électrons lors de la création de liaisons chimiques avec d'autres éléments

On peut trouver l'électronégativité d'un élément grâce à sa position dans le tableau périodique des éléments.
En effet il existe un lien entre la période et l'électronégativité.

Par exemple, en lisant le tableau de gauche à droite, sur une période, l'électronégativité augmente. Il en va de même si on lit le tableau de bas en haut par colonne.

La classification périodique des éléments, aussi appelée tableau de Mendeleïev, du nom de son créateur. C’est un chimiste russe qui en 1869 créa un tableau dont le but était de regrouper tous les éléments chimiques connus par points communs (groupes et familles par exemple). Il a souvent été ajusté et mis à jour depuis cette époque.

Sa dernière révision date de 2016 par l’UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée), une ONG suisse qui a pour but l’évolution de la physique-chimie. Le tableau périodique compte à ce jour 118 éléments.

L’UICPA, l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée est une organisation non gouvernementale ayant son siège à Zurich, en Suisse. Créée en 1919, elle s’intéresse au progrès de la chimie, de la chimie physique et de la biochimie. Ses membres sont les différentes sociétés nationales de chimie et elle est membre du Conseil International pour la Science
L’UICPA est une autorité reconnue dans le développement des règles à adopter pour la nomenclature, les symboles et autres terminologie des éléments chimiques et leurs dérivé via son Comité Interdivisionnel de la Nomenclature et des Symboles. Ce comité fixe la nomenclature de l’UICPA

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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.