Esquèma d'un atòm d'èli que mòstra lo son nuclèu, dab dusprotons (arrois) e dusneutrons (verds) e ua orbita de probabilitat (cercle) on e's tròban los duselectrons.
Classificacion
Porcion possibla mei petita d'unelement quimic que conserva las proprietats quimicas
Atòm d'èli dab la soa nèbla electronica e lo son nuclèu (amplificat suu dessenh)
Unatòm (deugrèc:ἄτομος,«intrencable») qu'ei l'unitat de composicion elementària de la matèria e de lasmoleculas quimicasque consèrva las proprietats quimicas de l'element.
Un atòm qu'ei electricament neutre e que's compausa d'unnuclèu atomic (qui pòrta cargas positivas aperadasprotons e tanben (generaument) de particulas neutras (aperadas justamentneutrons) e d'electrons cargats negativament e qui viran autorn deu nuclèu autorn d'ua orbita (de probabilitat de preséncia) determinada.
Quan lo nombre de protons deu nuclèu e lo nombre d'electrons en orbita e son diferents, que's tracta alavetz d'union.
La quasi totalitat de lamassa de l'atòm qu'ei contienguda dehens lo nuclèu. Com aqueth nuclèu qu'ei 100 000 vegadas mei petit que'u son atòm, que cau logicament soslinhar que l'atòm (e donc la matèria) qu'ei mei que mei compausat devueit.
Lo nombre de cargas positivas deu nuclèu (e donc tanben egau au nombre d'electrons qui viran autorn) qu'ei lonombre atomic de l'atòm e que determina l'element d'aqueth atòm.
Lo concèpte d'atòm (l'idèa que la matèria que's pòt trencar en partidas elementàrias qui, eras, no's pòden pas trencar) - com lo son nom grèc ac muisha - que ho perpausat durant l'antiquitat mes non pas ho definitivament adoptada abans losègle XVIII.
Se lo nombre de protons (egau au nombre d'electrons) b'ei fixe e que determina l'identitat d'un element, lo nombre de neutrons eth (e donc atau lo nombre totau d'elements compausant lo nuclèu) que pòt variar. Dus atòms d'un medish element dab un nombre diferent de neutrons que constitueishen dusisotòps d'aqueth element. Un medish element que pòt comptar dab un sarròt d'isotòps.
Cèrtes isotòps que pòden estar inestables e, atau,radioactius. Dab lo temps, un isotòp radioactiu que's pòt transformar en un aute isotòp o element pertransmutacion en bèth cambiar lo son nombre de particulas dehens lo nuclèu.
Un atòm es un constituent fondamentau de lamatèria. En efèit, los sons movements e las soas proprietats permeten d'explicar la màger part deu comportament de la matèria macroscopica. Totun, l'atòm n'es pas mei la particula elementària de la matèria car mei d'ua particula subatomica estó descobèrta despuish la fin deu sègle XIX. Un prumèr nivèu de particulas subatomicas es constituit peusneutrons,protons eelectrons que son los constituents dirèctes deus atòms. Un segond nivèu es constituit per los constituents d'aqueras particulas com losquarks.
Esquèma generau deus quate elements terrèstres dens las teorias aristotelicianas.
La natura de lamatèria preocupè losfilosòfes e los sabents despuish l'Antiquitat. L'atomisme deusmaterialistasgrècs es sovent citat com un exemple de teoria hèra avançada per la soa epòca. Defendut per de pensaires comEmpèdocles (†sègle V avC),Leucip (†sègle V avC) oDemocrit d'Abdèra (460-370 avC), èra lo resultat d'ua vision mecanista que considerava los objèctes com un assemblatge de particulas elementàrias[1]. Totun, aquerateoria n'èra pas demostrabla dab lasconeishenças anticas. De mei, èra minoritària au mièi de las comunautats sabentas.
En efèit, los sabentsantics privilegiavan l'observacion com mejan de compréner e de descríver lo monde. Atau, se desvolopè lateoria deus quate elements enonciada perOmèr (sègle VIII avC ?), represa perTales (625-547 avC) e solidament inscriuta dens la pensada grèga perAristòtel (384-322 avC). Dab quauques variacions, demorè la nòrma dinc a la fin deu sègle XVIII[2]. EnChina, ua teoria similara, dab quate o cinc elements segon los autors, predominè tanben dinc a l'arribada de lasciénciaeuropèa dens lo país.
Durant l'Edat Mejana, l'alquimia, practicada dens un espaci important anant d'Euròpa aChina, s'interessè a la natura « filosofau » fondamentau esconuda darrèr lo paréisher deus objèctes. Shens contestar la fisica aristoteliciana, alquimistas hornín elements navèths com lomercuri tad explicar losestatsmetallic eliquide, losofre tad explicar lacombustion e lasau tad explicar lasolubilitat[3].
Pendent lo sègle XVIII, laquimia venó uasciéncia vertadèra dab los trabalhs deJoseph Priestley (1733-1804) e d'Antoine Lavoisier (1743-1794). En efèit, tà demostrar la validitat de lateoria deu flogistic, Priestley desvolopè de metòdes mei rigorós e realizè mesuras precisas de reaccions decombustion. En particular, descobrí l'oxigèn[6]. Los trabalhs principaus de Lavoisier concernivan tanben lacombustion. Totun, abandonè lo flogistic tà desvolopar ua teoria basada sus la nocion d'element quimic. Segon eth, aqueths elements èran los constituents fondamentaus de lamatèria e las reaccions quimicas èran lo resultat de las lors combinasons. De mei, Lavoisier establí lo principi deconservacion de la massa e prepausè ua prumèra nomenclatura deus elements[7]. Aquò permetó d'explicar la composicion de l'aiga e condusí a l'abandon de la teoria deu flogistic. Totun, Lavoisier ne podó pas explicar la natura deus elements.
En1808, lo fisician britanicJohn Dalton (1766-1844) prepausè la prumèra teoria modèrne de l'atòm[8]. Segon eth, tots los atòms d'un medishelement son identics e an dimensions,massas e proprietats diferentas deus atòms deus autes elements. Dalton pensè tanben a combinar atòms simples tà formar particulas compausadas, a calcular los pes atomics deus atòms coneishuts a l'epòca e a utilizar simbèus tà representar atòms. Malurosament, las particulas compausadas de Dalton estèn ditas « atòms compausats » dens los sons tèxtes, tèrme a l'origina de confusions importantas que compliquèn l'acceptacion de la teoria atomica peu miei scientificeuropèu. De mei, Dalton s'opausè a la lei deus rapòrts simples deJoseph Louis Gay-Lussac (1778-1850), teoria qu'auré hornit ua basa solida tà demostrar l'existéncia deus atòms.
En efèit, en1808, Gay-Lussac observè l'existéncia de rapòrts particulars pendant las reaccions enter substàncias gasosas[9]. Per exemple, dus volums d'idrogèn podèvan reagir dab un volum d'oxigèn o tres volums d'idrogèn dab un volum d'azòt. En1811, l'ItalianAmedeo Avogadro (1776-1856) enonciè ua ipotèsi fondamentau tà explicar aqueths resultats :« Volums egaus de substàncias gasosas, a pression e temperatura egaus, contienen nombres egaus de moleculas ». Tres ans mei tard, loFrancésAndré-Marie Ampère (1775-1836) arribè a la medisha conclusion[10][11].
Durant los ans seguents, la teoria atomica trobè enqüèra dus sostiens importants[11][12]. Lo prumèr estó lo trabalh deJacob Berzelius (1779-1848) que calculè los « pes » atomics dab metòdes precís e rigorós. Lo segond estó loquimistafrancésMarc Antoine Gaudin (1804-1880) que definí ua terminologia clara en1833. En particular, establí la diferéncia enter los atòms e lasmoleculas e demostrè l'existéncia de moleculas compausadas de dus atòms.
La teoria deus equivalents e lo congrès de Karlsruhe
Pendent la prumèra mieitat deu sègle XIX, la teoria atomica suscitè drin a drin reticéncias au mièi deus quimistas estacats a la primautat deus hèitsmateriaus[13]. En efèit, los partisans de l'atomisme n'èran pas capables de produsir ua pròva decisiva de la lor teoria. Aquò permetó l'emergéncia de la teoria deus equivalents, un modèl basat suus rapòrtsexperimentaus mesurats durant uareaccion. Permetèvan de descríver las proporcions relativament aus elements shens entrar dens especulacions sus la natura deuselements. Èran atau ua vision prudenta deus hèits observats.
En1860, a l'iniciativa d'August Kékulé (1829-1896), estó organizat locongrès de Karlsruhe tà reglar los desacòrds enter atomistas e equivalentistas. Las discussions s'acabèn inicialament per un manteniment deustatu quo. Totun, los arguments de l'ItalianStanislao Cannizzaro (1826-1910) permetón de convéncer la màger part de la comunautat scientifica durant los ans seguents en despieit de resisténcias localas[14]. En efèit, a partir deusans 1860, los resultats de la teoria atomica l'impausèn dens los trabalhs mei importants.
En1869, loquimistarusDmitrii Mendeleiev (1834-1907) publiquè lo prumèr tablèu periodic deuselements classats en foncion deus lors « pes »[15]. Dens aqueth trabalh, demostrè l'existéncia d'un ligam periodic enter aqueth « pes » e las proprietats quimicas deus elements. Totun, limitè l'importància donada au pes e privilegiè las proprietats quimicas comunas tà definir l'òrdi deus elements. Atau, intervertí las posicions de quauques elements tà respectar la periodicitat de las proprietats. De mei, deishè casas vueitas tà designar elements enqüèra desconeishuts, mesMendeleiev estimava possible de prevéder las lors existéncia e caracteristicas quimicas. Las descobèrtas deugalli (en1875) e deugermani (en1886) confirmèn lo modèl prepausat perMendeleiev[16]. Estèn d'arguments poderós en favor de la teoria atomica. A la fin deu sègle XIX, l'existéncia deus atòms èra atau acceptada per la màger part de la comunautat scientifica.
La descobèrta deus constituents de l'atòm e los prumèrs modèls
Lo prumèr constituent de l'atòm identificat estó l'electron, descobèrt enter1895 e1897 perJean Perrin (1870-1942) eJoseph John Thomson (1856-1940). L'existéncia d'ua particula elementària portaira d'ua carga electrica elementària negativa èra sospieitada despuish l'invencion deutube catodic[17]. Totun, diferéncia importanta dab los autes fisicians deu periòde, determinèn la natura corpusculara d'aquera particulara[18][19]. De mei, Thomson avó l'idèa d'integrar aqueras particularas dens lo son modèl de l'atòm, lomodèl deuplum pudding.
La demostracion de l'existéncia deu nuclèu suscitè un interès tà determinar la soa natura. En1913,Henry Moseley (1887-1915) determinè lo nombre de cargas electricas unitàrias e positivas contiengudas dens l'atòm. Establí tanben un ligam dab lonumèro atomicZ. Aquò permetó aRutherford de descobrir loproton en1919[23]. L'existéncia d'ua particula electricament neutra dens lo nuclèu èra supausada, mes la confirmacion estó mei tardiva. Estó l'òbra deusAlemandsWalter Bothe (1891-1957) eHerbert Becker. En1930, descobrín radiacions navèths en bombardantelements leugèrs (liti,berili,bòr) dab particulas α. En1932,James Chadwick (1891-1974) i identifiquè loneutron[24].
Losmesons e losquarks son particulas elementàrias descobèrtas mei recentament. Los prumèrs son particulas escambiadas enter losnucleons dens lonuclèu atomic. Tots losmesons son hèra instables e hèn partida deusbosons. Los quarks son particulas ipoteticas introdusidas perMurray Gell-Mann (1929-2019) tà explicar observacions realizadas dens d'experiéncias de collision enter particulas. Aqueras particulas son ua basa centrala de la teoria de lacromodinamica quantica. Consideradas com los constituents fondamentaus deus atòms, son portairas de cargas electricas parcialas e d'uacarga de color que dictan las associacions possiblas.
Un deus prumèrs modèls atomics coneishuts es lomodèl atomic de Thomson (o modèl deuplum-pudding)[25]. Prepausat en1904, es un modèl enqüèra primitiu. L'atòm es vist com ua esfèra contienent un ensemble d'electrons electricament negatius e ua « sopa » electricament positiva. Aqueth modèl ignorava lo caractèr lacunari de lamatèria, mes estó desvolopat abans l'experiéncia de Rutherford e la descobèrta deusnucleons. En1904, loJaponésHantaro Nagaoka (1865-1950) prepausè un modèl « saturnian » compausat d'un anèth d'electrons leugèrs en orbita au torn d'un nuclèu hèra massís. Segon eth, lo modèl de Thomson èra invalid car èra impossible de mesclar las matèrias positivas e negativas[26].
Lomodèl atomic de Rutherford es sovent dit « modèl planetari ». Es lo resultat de l'experiéncia de 1909. Lo centre de l'atòm es ocupat per un nuclèu redusit que concentra las cargas positivas e la màger part de l'atòm. Loselectrons son enorbita au torn d'aqueth centre. L'ensemble avèva l'aspècte generau d'unSistèma Solar en miniatura. Rutherford publiquè aqueth modèl en1911. Avó un succès notable, mes avèva tanben problèmas importants. En particular, las orbitas èran liuras, çò que ne permetèva pas d'explicar las proprietats identicas deus atòms d'un medishelement dens lanatura.
Lomodèl de Bohr corregeish los defauts deu modèl de Rutherford. De mei,Niels Bohr (1885-1962) volèva integrar dens lo son modèl los prumèrs elements gessits de lateoria deus quantas. Elaborè atau un atòm compausat d'un petit nuclèu massís enrodat d'electrons en orbita. Totun, los electrons son enquèra representats com corcuspuls localizats. Aquera vision estó invalidada per la descobèrta de la dualitat onda-corpuscul durant losans 1920. En1925, lo modèl de Bohr estó donc remplaçat peumodèl de Schrödinger. Dens aqueth modèl, los electrons son vists com probabilitats de preséncia dens ua zòna donada. Aquò correspond aus resultats experimentaus e es enquèra la basa deu modèl estandard de l'atòm. Totun, dens contèxts pedagogics, lo modèl de Bohr es sovent utilizat tà hornir ua representacion mei simpla de l'atòm.
Modèl atomic de Thompson : loPudding positiu caupit d'electrons negatius
Modèl atomic planetari de Rutherford
Estructura atomica de l'atòm debari segon lo modèl de Borh, muishant la reparticion deus electrons
Los atòms son estructuras constituïdas de duas partidas. La prumèra es un petitnuclèu cargat positivament on es concentrat la màger part de lamassa de l'atòm. La segonda es un ensemble d'electrons cargats negativament que en orbita au torn deunuclèu. Lo nombre d'electrons permet de compensar las cargas positivas presentas dens lo nuclèu, ço que permet d'assegurar la neutralitatelectrica de l'atòm.
Lonuclèu atomic es compausat de dus tipes departiculas elementàrias : losprotons e losneutrons qui forman la categoria deus « nucleons ». Losprotons son portaires d'ua carga positiva +e. Son particulas hèra establas qu'an uamassa de 1,672.10-27 kg. Lo son nombre, notatZ, es dit numèro atomic. Es caracteristic de l'atòm[27]. Per exemple, un atòm d'oxigèn contien tostemps 8 protons. Un atòm contienent un nombre diferent de protons n'es pas un atòm d'oxigèn.
Losneutrons son particulas electricament neutres qu'an ua massa de 1,675.10-27 kg. Son estables a l'interior deu nuclèu, mes se desintègran rapidament en dehòra de l'atòm. Lo son nombre dens l'atòm es notatN. Las proprietats de l'atòm non dependen pas deu nombre de neutrons dens lo nuclèu e los atòms d'un medishelement pòden contiener un nombre variable deneutrons. Los atòms d'un element qui contienen nombres diferents de neutrons constitueishen los isotòps d'aqueth element[27]. Tà designar un isotòp donat, s'utilizan lo nom de l'element e lo son nombre de nucleons notatA.
Losnucleons son mantienguts dens lo nuclèu per l'interaccion hòrta[27], uafòrça fondamentau hèra intensa a 10-15 m, mes negligibla au-delà d'aquera distància. La soa intensitat, que suberpassa largament lagravetat e larepulsion electromagnetica dens lo son domeni d'influéncia, explica la coesion e la petita talha deu nuclèu. En efèit, lo nuclèu a undiamètre aproximatiu de 10-15 m, çò qu'es hèra feble per rapòrt au diamètre globau de l'atòm (10-10 m).
Loselectrons son particulas portairas d'ua carga electrica negativa e hèra leugèras (9,109.10-31 kg). Orbitan au torn deu nuclèu en aucupant nivèusenergetics definits dits « orbitalas atomicas ». Cada orbitala es identificada a partir d'un ensemble d'un triplet unic denombres quantics (n,ℓ,mℓ) que descriven l'energia de l'electron, son moment angular e la projeccion d'aqueth moment angular sus un èish donat. Un maximum de dus electrons pòden ocupar ua medisha orbitala.
Lasorbitalas atomicas an tendéncia a formar jaças d'electrons partatjant nivèus energetics similars. Las jaças mei intèrnas son solidament ligadas au nuclèu e los sons electrons ne pòden pas partir. Totun, n'es pas lo cas deus electrons de la jaça mei extèrna que pòden s'engatjar dens ligams dab autes atòms o partir de la nubla electronica. La captura d'autes electrons dens los vueits d'aquera jaça es tanben possibla. Aqueras particularitats son hèra importantas car son a l'origina de las proprietatsquimicas deus atòms.
Tots losisotòps ne son pas estables[27]. La màger part se desintègran rapidament e son donc absents deu mitannaturau. Lo rapòrt entre lo nombre deprotons e lo nombre deneutrons es un prumèr factor d'equilibri deu nuclèu. Peuselements mei leugèrs, los isotòps estables contienen generaument nombres egaus o quasi egaus deprotons e deneutrons. Peus elements mei pesucs, lo nombre de neutrons ven mei important. Es possible d'establir ua relacion enter los dus nombres tà definir ua zòna d'estabilitat ditavath d'estabilitat[28]. Un aute factor d'estabilitat es lo nombre deprotons dens lo nuclèu. Au delà deuplomb, tots los isotòps son instables. Totun, dinc a l'urani (Z = 92), existeish un ensemble d'isotòps pro estables tad existir dens la natura.
Los isotòps instables son a l'origina de laradioactivitat. En efèit, la desintegracion d'un atòm instable es acompanhada per ua emission de particulas o deradiacions electromagneticas. Los fenomèns radioactius son hèra divèrs. Son classats en foncion de las particulas e de las radiacions emesas. Los mei corrents son los mecanismes nuclears de lasradioactivitat α,β eγ, de lafission e de lafusion. Dens la natura, aqueths fenomèns son espontanèus, mes es possible de realizarreaccions nuclearas artificiaus. Aquò es hèra important dens l'industria nucleara o enmedecina nucleara car permet de produsir elements adaptats a de besonhs especifics.
Los atòms isolats son relativament rars dens la natura. Tots hèn partida deu grop deusgas nòbles, un ensemble de cinc gas monoatomics presents en proporcions feblas dens l'aire (argon,èli,neon, etc.)[29]. L'existéncia d'aqueths gas es lo resultat de configuracions electronicas hèra establas compausadas d'un ensemble de jaças electronicas totaument empleadas e los autes atòms ensajan tostemps d'aquesir ua configuracion semblabla. Tad aquò, pòden abandonar, captar o mesa en comun un o mei d'unelectron. Aqueths fenomèns son a l'origina de la formacion deusligams quimics enter atòms e deus edificis poliatomics com losions, lasmoleculas o losmetaus. Lo son estudi es atau l'objècte de laquimia modèrna.
↑(fr) Olivier Lafont e Philippe de la Cotardière (act.),Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012, pp. 391-392.
↑(fr) Olivier Lafont e Philippe de la Cotardière (act.),Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012, p. 387.
↑(fr) Olivier Lafont e Philippe de la Cotardière (act.),Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012, pp. 396-409.
↑(fr) Olivier Lafont e Philippe de la Cotardière (act.),Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012, pp. 431-434.
↑(fr) Olivier Lafont e Philippe de la Cotardière (act.),Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012, pp. 434-442.
↑(fr) Olivier Lafont e Philippe de la Cotardière (act.),Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012, pp. 438-441.
↑(fr) Olivier Lafont e Philippe de la Cotardière (act.),Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012, p. 447.
↑(fr) Olivier Lafont e Philippe de la Cotardière (act.),Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012, pp. 448-450.
↑(fr) Olivier Lafont e Philippe de la Cotardière (act.),Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012, p. 451.
↑(fr) Olivier Lafont e Philippe de la Cotardière (act.),Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012, p. 452.
↑11,0 et11,1(en) Seymour H. Mauskopf, « The Atomic Structural Theories of Ampère and Gaudin: Molecular Speculation and Avogadro's Hypothesis »,Isis, vol. 60, n° 1, 1969, pp. 61-74.
↑(fr) Olivier Lafont e Philippe de la Cotardière (act.),Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012, pp. 453-454.
↑(fr) Olivier Lafont e Philippe de la Cotardière (act.),Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012, pp. 453-455.
↑(fr) Olivier Lafont e Philippe de la Cotardière (act.),Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012, pp. 454-456.
↑(fr) Olivier Lafont e Philippe de la Cotardière (act.),Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012, pp. 477-478.
↑(fr) François Dagognet,Tableaux et langages de la chimie : Essai sur la représentation, Seyssel, Champ Vallon, 2002, p. 95.
↑(fr) Michel Crozon e Philippe de la Cotardière (act.),Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012, p. 203.
↑(fr) Micheline Charpentier-Morize,Perrin savant et homme politique, París, Belin, 1997, pp. 25-28.
↑(fr) Jean Rosmorduc,Une histoire de la physique et de la chimie : De Thalès à Einstein, Seuil, coll. « Points Sciences », 1985, p. 205.
↑(fr) Pierre Curie, Marie Curie e Gustave Bémont, « Sur une nouvelle substance fortement radio-active, contenue dans la pechblende »,Comptes Rendus, vol. 127, 1898, pp. 1215–1217.
↑(fr) André-Louis Debierne, « Sur un nouvelle matière radio-active »,Comptes Rendus, vol. 129, 1899, pp. 593-595.
↑(fr) Michel Crozon e Philippe de la Cotardière (act.),Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012, pp. 209-211.
↑(en) R. H. Petrucci, W. S. Harwood e F. G. Herring,General Chemistry, 8a edicion, Upper Saddle River, Prentice Hall, 2002, p. 41.
↑(fr) Michel Crozon e Philippe de la Cotardière (act.),Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012, pp. 210 e 228.
↑(en) Bill Bryson,A Short History of Nearly Everything, Broadway Books, 2003).
↑27,027,127,2 et27,3(fr) Marc Séguin, Julie Descheneau e Benjamin Tardif,Physique XXI. Ondes et particules modernes, t. 3, De Boeck Supérieur, 2010, p. 495.
↑(fr) Marc Séguin, Julie Descheneau e Benjamin Tardif,Physique XXI. Ondes et particules modernes, t. 3, De Boeck Supérieur, 2010, pp. 497-498.
↑Totun, losgas nòbles constitueishen 24 % de l'Univèrs coneishut car l'èli es un constituent important de lasestelas.
.png)