Indispensable Soleil/Quels sont les atomes présents dans Proxima du Centaure ?

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Quels sont les atomes présents dans Proxima du Centaure ?

Qu'est-ce qu'un atome ?

Une épopée scientifique : l'histoire du modèle atomique

Document 1 : À l'origine...

Dès 420 avant J.-C., Démocrite (philosophe grec) a l’intuition de l’existence des atomes et invente leur nom ("atomos" qui signifie en grec "insécable").

Aristote (philosophe grec) conteste cette existence et son prestige est tel qu’il faut attendre le début du XIXème siècle pour que l’idée atomiste reprenne vie.

En 1805, John Dalton annonce au monde l'existence des atomes.

En 1881, J. J. Thomson découvre l'un des composants de l'atome. Il s'agit de particules élémentaires négatives appelées en 1891 électrons.

Au début du XXème siècle, l'ambition des physiciens est de proposer un modèle de l'atome en précisant la répartition de la charge électrique à l'intérieur de celui-ci.

En 1904, Thomson partant de l’idée que l’atome est électriquement neutre, pense qu’il doit contenir des charges positives qui compensent les charges négatives des électrons. Il suppose que la charge positive est répartie dans un petit volume (qui peut avoir la forme d'une sphère) et que les électrons sont parsemés dans cette sphère (pudding de Thomson).

Questions d'après le document 1

1. Qui était le premier à avoir énoncé le mot "atomos" ? À quelle époque était-ce ?

Solution

Le premier à avoir énoncé le mot "atomos" est le philosophe grec Démocrite, en 420 avant J.-C.

 

2. Que signifie "atomos" en grec ?

Solution

En grec, "atomos" signifie "insécable" (caractère de ce qui ne peut pas être coupé ou partagé).

 

3. Citez différents savants qui ont participé à l'élaboration du modèle atomique d'après le texte.

Solution

Voici les différents savants qui ont participé à l'élaboration du modèle atomique cités dans le texte : Démocrite, Dalton et Thomson.

 

4. Quel est le constituant de l'atome découvert par Thomson ?

Solution

Le constituant de l'atome découvert par Thomson est appelé "électron".

 

5. Cette particule porte-t-elle une charge électrique ? Si oui, de quel signe ?

Solution

Cette particule porte une charge électrique de signe négatif.

 

6. Dessinez le modèle de l'atome selon Thomson en 1904.

Modèle de l'atome selon Thomson

Document 2 : Des avancées spectaculaires

En 1910, Rutherford bombarde différents échantillons de matière (cuivre, or, argent) avec des particules et il déduit de son expérience que la charge positive constituée de protons doit occuper un tout petit volume qu'il appelle "noyau". Après "un petit calcul", il trouve que la majorité de la masse de l'atome est concentrée dans un noyau minuscule par rapport au reste de l'atome. Les dimensions du noyau sont de l'ordre de 10 exposant -15 m (100 000 fois moins que les dimensions de l'atome) et sa charge totale compense celle des électrons.

Rutherford pense alors au modèle planétaire pour décrire un atome. En effet, la masse du système solaire est essentiellement concentrée dans le Soleil, tout comme celle de l'atome est concentrée dans le noyau. Il propose donc comme modèle un tout petit noyau chargé positivement (contenant des protons) et comportant l'essentiel de la masse de l'atome, autour duquel les électrons décrivent des orbites.

Questions d'après le document 2

1. Que déduit Rutherford de son expérience ?

Solution

Rutherford en déduit que des charges positives sont dans un petit volume : le noyau.

 

2. Après "un petit calcul", que trouve-t-il à propos de la masse de l'atome comparée à celle du noyau ?

Solution

Il trouve que l'essentiel de la masse se trouve dans le noyau.

 

3. Et que découvre-t-il à propos des dimensions de l'atome comparées à celle du noyau ?

Solution

Il découvre que le noyau est 100 000 fois plus petit que l'atome.

 

4. À partir de vos réflexions et des réponses précédentes, justifiez pourquoi peut-on dire que la matière est essentiellement constituée de vide.

Solution

L'essentiel de la masse d'un atome est concentré dans un noyau minuscule, donc l'atome (et la matière) est essentiellement composé de vide.

 

5. Dessinez le modèle de l'atome selon Rutherford.

Modèle de l'atome selon Rutherford

Document 3 : Un modèle toujours plus précis

En 1932, James Chadwick prouve l'existence d'une particule élémentaire qui a une masse mais qui n'a pas de charge électrique : le neutron. Cette particule est présente dans le noyau d'un atome avec les protons. Il obtiendra le prix Nobel de physique pour cette découverte en 1935. L'ensemble formé par les protons et les neutrons d'un atome est appelé les nucléons.

Depuis, d'autres modèles plus complexes ont permis d'expliquer de nombreux autres phénomènes. Le modèle actuel de l'atome est l'aboutissement d'une longue histoire au cours de laquelle les représentations que l'on s'en fait ont profondément évolué.

Nous retiendrons pour la classe de troisième un modèle simple constitué d'un noyau autour duquel gravitent, sans trajectoire particulière, des électrons qui forment un nuage électronique.

Question d'après le document 3

Dessinez le modèle de l'atome proposé à la fin du texte.

Modèle actuel

Conclusion

1. Pourquoi les scientifiques utilisent-ils des modèles ?

Solution

Les scientifiques utilisent des modèles pour représenter, comprendre, expliquer et prévoir des phénomènes.

 

2. Quand change-t-on de modèle ?

Solution

On change de modèle lorsqu'un phénomène ne peut pas être expliqué par le modèle en cours.

 

3. Récapitulez les modèles vus dans cette activité pour l'atome de lithium qui contient 3 électrons.

Modèle de Thomson	Modèle de Rutherford	Modèle actuel

Bilan

• Un modèle est une représentation utilisée pour décrire, expliquer et prévoir un phénomène.
• Dans le modèle retenu en classe de troisième, l'atome est constitué de :

- un noyau chargé positivement

- des électrons chargés négativement qui gravitent autour sans trajectoire particulière et qui forment un nuage électronique.

• Le noyau de l'atome est constitué de nucléons qui sont :

- des protons chargés positivement

- des neutrons qui n'ont pas de charge électrique.

• Globalement, un atome est neutre électriquement : il contient autant de protons que d'électrons.
• Un atome est essentiellement vide car la majorité de sa masse se trouve dans un noyau minuscule.

Comment classer les atomes ?

Un outil pour identifier les atomes : la classification périodique

On connaît actuellement plus d'une centaine d'éléments chimiques. Afin de les retrouver et connaître certaines de leurs propriétés, on les a organisés dans un tableau qui se nomme la classification périodique des éléments (ou tableau périodique des éléments).

Apprenons à l'utiliser !

Classification périodique des éléments

Questions d'après la classification périodique des éléments

1. Recherchez dans la classification périodique des éléments, le symbole ou le nom des éléments suivants et complétez le tableau.

Nom de l'élément	Symbole chimique
carbone
cuivre
azote
sodium
néon
potassium
chlore

Correction :

Nom de l'élément	Symbole chimique
carbone	C
cuivre	Cu
azote	N
sodium	Na
néon	Ne
potassium	K
chlore	Cl

2. Pourquoi certains symboles chimiques sont composés d'une lettre et d'autres de deux ?

Solution

Il y a bien plus d'atomes que de lettres dans l'alphabet, donc certains symboles sont composés de deux lettres.

 

Chaque atome a un nombre de protons Z qui lui est propre, c'est de qui fait l'identité de l'atome. De plus, nous avons vu qu'il est électriquement neutre et qu'il contient le même nombre d'électrons que de protons.

3. Sachant que l'atome de carbone possède Z = 6 protons, que l'atome de nickel en possède Z = 28 et que l'atome de calcium en possède Z = 20, explique où est noté le nombre de protons de chaque atome dans la classification périodique.

Solution

Il est noté en haut à gauche dans notre tableau périodique.

 

4. Qui suis-je ? Je suis un atome possédant Z = 47 protons. Donne mon nom et mon symbole.

Solution

Il s'agit de l'argent, dont le symbole est Ag.

 

5. Qui suis-je ? Dans mon nuage électronique, j'ai 78 électrons. Donne mon nom et mon symbole et explique comment tu m'as trouvé.

Solution

Un atome est neutre et contient autant de protons que d'électrons. L'atome possédant 78 électrons, a donc aussi 78 protons. C'est le platine (symbole Pt).

 

6. En observant la classification, explique comment elle a été construite.

Solution

Ils sont rangés par nombre de protons croissant et par famille chimique.

 

7. Détermine la composition de l'atome de magnésium (nombre de protons, nombre d'électrons) et représente son modèle atomique.

Solution

La composition de l'atome de magnésium est la suivante : 12 protons + 12 électrons.

 

Comment déterminer les constituants de l'atome grâce à la classification périodique ?

Il existe une centaine d'atomes de structure complexe que l'on représente par un symbole :

Symbole correspondant au nom de l'élément chimique --> X avec A en haut (masse atomique (nombre de nucléons)) et Z en bas (numéro atomique (nombre de protons)).

• Z s'appelle le numéro atomique. L'atome est donc constitué de Z protons. Et comme il est électriquement neutre, il a aussi Z électrons.
• Le nombre total de particules situées dans le noyau est désigné par A ; A s'appelle le nombre de masse où nombre de nucléons.
• Le noyau de l'atome est constitué de Z protons et de N neutrons, alors :

A = Z + N --> nucléons = protons + neutrons

donc N = A - Z.

Bilan

Les éléments chimiques sont classés dans un tableau appelé classification périodique.

Chaque atome a un nom, un symbole chimique et un nombre de protons appelé numéro atomique et noté Z.

Chaque atome a aussi un nombre de masse noté A. Il correspond au nombre de neutrons et de protons dans son noyau.

Pour trouver le nombre de neutrons N d’un atome, on utilise la formule suivante : N = A – Z.

Dans la classification périodique, les atomes sont classés par numéro atomique croissant de gauche à droite et de haut en bas.

Comme toutes les étoiles, Proxima du Centaure est une « usine » à atomes. À partir de très petits atomes, elle crée des atomes plus gros.

Objectifs du chapitre

• Connaître les constituants de l'atome.
• Être capable de décrire un atome.
• Savoir modéliser un atome.
• Savoir utiliser la classification périodique des éléments.
• Savoir donner la constitution d'un atome à partir de son nombre de masse et de son numéro atomique.

Source de l'ensemble des 3 documents

• Wikipédia pour les photos
• Documents construits à partir de Sciences et Avenir de décembre 1994, Sciences et Vie Junior d'octobre 1998.