Atome

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Schéma d'un atome (électrons en noir, protons en rouge et neutrons en bleu)

Un atome est un minuscule morceau de matière, une sorte de « brique » qui la constitue. Lorsque plusieurs atomes sont assemblés entre eux, ils peuvent former des molécules. Les atomes sont partout dans l’environnement, ce sont eux qui constituent tout ce qui nous entoure : l’air, l'eau, la terre, les matériaux...

Histoire[modifier | modifier le wikicode]

La notion d'atome date de la Grèce antique. Un philosophe, Démocrite, a imaginé qu'on pouvait couper une orange en deux, puis encore en deux, puis encore en deux, etc., jusqu'à ce qu'on ne puisse plus couper en deux : on arrive à l'atome, qui est le mot grec qui signifie « qui ne peut plus être coupé ». Cette intuition géniale va ensuite rester en sommeil pendant très longtemps. Ce n'est qu'au XVIIe siècle que la notion sera reprise et rendue scientifique par les savants de l'époque, comme Lavoisier. Ainsi pouvait naître la chimie, qui décrit comment les atomes s'unissent entre eux et dans quelles proportions pour former des molécules. On pensait alors avoir trouvé le composant de la matière, mais le XXe siècle à prouvé que les atomes étaient eux-mêmes composés de différentes particules (électrons, neutrons, protons). L’électron est quant à lui une véritable particule élémentaire, mais les protons et les neutrons sont eux-même composé de quarks, d’autres particules encore plus petites.

Structure[modifier | modifier le wikicode]

Pour en savoir plus Pour en savoir plus, lire l’article : Structure de l'atome.

Un atome est constitué d'un nuage électronique contenant les électrons, qui tourne autour d'un noyau où se trouvent les nucléons (regroupant les protons et les neutrons). Chacune de ces particules ont une charge différente : les protons ont une charge positive, les neutrons une charge neutre, c’est-à-dire nulle et les électrons une charge négative. Un atome contient autant de protons que d’électrons, ainsi sa charge est électriquement neutre.

Masse[modifier | modifier le wikicode]

La masse d’un atome est essentiellement concentrée dans son noyau. En effet, la masse d’un électron est environ 1000 fois plus petite que celle d’un nucléon, contenu dans le noyau. Un nucléon pèse environ 1 u.m.a et un électron environ 0,001 u.m.a. Ainsi, pour connaître une valeur approchée de la masse d’un atome, il suffit d’additionner le nombre de nucléons, que l’on appelle par conséquent nombre de masse. Par exemple, l’atome de carbone 12 contient 6 protons et 6 neutrons, soit 12 nucléons : ainsi, il pèse 12 u.m.a.

Accélérateur de particules[modifier | modifier le wikicode]

Pour savoir de quoi sont consitués les atomes, les physiciens ont fait se rencontrer des atomes dans un accélérateur de particules à de très grandes vitesses, proches de celle de la lumière, et ont réussi par ce moyen à casser des noyaux. Les images obtenues à l'aide de ces collisions leur ont permis de découvrir des particules nouvelles, comme les quarks et les gluons, qui sont les composants des protons et des neutrons.

Éléments[modifier | modifier le wikicode]

Le nombre de protons de chaque atome détermine à quel élément chimique il correspond. Ce nombre, appelé numéro atomique et noté Z, est donc en quelque sorte la carte d’identité de l’atome.

Les atomes sont classifiés dans un tableau périodique des éléments, créé par Mendeleïev, en ordre croissant de masse atomique. L'élément le plus léger est l'atome d'hydrogène, avec un noyau composé d'un seul proton et un nuage électronique ne contenant qu’un électron. L'élément naturel le plus lourd est l'uranium, dont le noyau est composé de 92 protons et 138 neutrons, autour duquel se trouvent 92 électrons. Les protons qui devraient se repousser comme toute charge électrique de même signe sont maintenus regroupés avec les neutrons grâce à une force particulière nommée énergie nucléaire.

Taille[modifier | modifier le wikicode]

Les atomes sont microscopiques : le point à la fin de cette phrase est large d'une vingtaine de millions (20 000 000) d'atomes. La taille caractéristique d'un atome est de 10−10 millimètres1. Cette distance s'appelle l'angstrom.

Si la taille d’un atome est très petite, la taille de son noyau est encore beaucoup plus petite. En comparaison avec le rayon du noyau, la distance entre le noyau et les électrons est très grande. Il n'y a rien entre cela, que du vide. C'est pour cela qu'on dit que la matière est composée principalement de vide. Un atome est constitué de plus de 99,9% de vide, on dit ainsi qu’il a une structure lacunaire.

Peut-on voir un atome ?
Un diagramme de diffraction d'un cristal. L'analyse des points, de leur intensité et de leur position, permet au cristallographe de reconstituer la position des atomes dans un cristal. C'est ainsi qu'on peut voir les atomes.

Certainement pas à l'œil nu ! Les microscopes sont des appareils qui permettent de regarder ce qui est très petit. Mais en réalité, on ne voit pas un atome mais on détecte les effets de sa présence. Pour cela, il faut développer une physique suffisamment développée, qui étudie les propriétés de l'atome et de ses constituants : la mécanique quantique.

Il existe un cas où on peut « voir » les atomes (les électrons en fait) : lorsqu'on observe un cristal aux rayons X. Dans un cristal, tout est très ordonné et les atomes se trouvent cycliquement au même endroit. Un motif d'un cristal est répété presque à l'infini. Chaque électron de chaque atome d'un motif va émettre un peu de « lumière » dans une direction donnée, toujours la même puisque les motifs du cristal sont répétés. La somme de toutes ces petites contributions permet de voir un électron (on obtient un diagramme de diffraction). Mais cela n'est possible que dans un cristal, qui est un solide très ordonné. Ensuite, une analyse mathématique du diagramme de diffraction permet de reconstituer un motif du cristal et on a donc bien vu les atomes !

Assemblage[modifier | modifier le wikicode]

La matière (cet ordinateur, le corps humain, la Terre...) est formée d'atomes. Lorsqu’ils sont reliés dans un ordre précis, ils constituent une molécule. La chimie est la discipline scientifique qui étudie, entre autres, comment les atomes s'assemblent pour former ces molécules. Plusieurs molécules côte à côte vont former la matière, et selon qu'elles soient proches, éloignées, alignées ou dispersées, la matière sera solide, liquide ou gazeuse.

Note[modifier | modifier le wikicode]

  1. 10-7 se lit « 10 puissance -7 » et équivaut à : 1/107, c'est-à-dire 0,0000001.
Article mis en lumière la semaine du 7 décembre 2009.
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