Modèle atomique des caractéristiques de Thomson, expériences, postulats

Le Le modèle atomique de Thomson a été reconnu dans le monde pour avoir donné la première lumière sur la configuration des protons et des électrons dans la structure de l'atome. Grâce à cette proposition, Thomson a suggéré que les atomes étaient uniformes et contenaient une charge positive de manière homogène, avec des dépôts aléatoires d'électrons à l'intérieur de chaque atome.

Pour le décrire, Thomson a comparé son modèle au pudding aux prunes. Cette comparaison a ensuite été utilisée comme nom alternatif pour le modèle. Cependant, en raison de plusieurs incohérences (théoriques et expérimentales) concernant la distribution des charges électriques dans l’atome, le modèle Thomson a été abandonné en 1911.

Index

• 1 origine
• 2 caractéristiques
• 3 expériences pour développer le modèle
  • 3.1 Rayons cathodiques
  • 3.2 Evolution en recherche
  • 3.3 Répéter l'expérience
• 4 postulats
• 5 modèle controversé
• 6 limitations
  • 6.1 Les enquêtes de Rutherfod
  • 6.2 Nouvelle proposition
• 7 articles d'intérêt
• 8 références

Origine

Ce modèle atomique a été proposé par le scientifique anglais Joseph John "J.J." Thomson en 1904, dans le but d’expliquer la composition des atomes à partir des notions dont nous avions connaissance à ce moment-là.

En outre, Thomson était responsable de la découverte de l’électron à la fin du XIXe siècle. Il convient de noter que le modèle atomique de Thomson a été proposé peu après la découverte de l'électron, mais avant de connaître l'existence d'un noyau atomique.

Par conséquent, la proposition consistait en une configuration dispersée de toutes les charges négatives dans la structure atomique, laquelle à son tour était constituée d’une masse uniforme de charge positive.

Caractéristiques

- L'atome a une charge neutre.

- Il existe une source de charge positive qui neutralise la charge négative des électrons.

- Cette charge positive est uniformément répartie dans l’atome.

- Dans les mots de Thomson: les "corpuscules électrifiés négativement" - c'est-à-dire les électrons - sont contenus dans la masse uniforme de la charge positive.

- Les électrons pourraient dériver librement à l'intérieur de l'atome.

- Les électrons ont des orbites stables, argument basé sur la loi gaussienne. Si les électrons se déplaçaient à travers la "masse" positive, les forces internes à l'intérieur des électrons étaient équilibrées par la charge positive générée automatiquement autour de l'orbite.

- Le modèle de Thomson était populairement connu en Angleterre sous le nom de modèle de pudding de prune, puisque la distribution des électrons proposée par Thomson était similaire à celle des prunes dans ce dessert.

Expériences pour développer le modèle

Thomson a effectué plusieurs tests avec des tubes à rayons cathodiques pour tester les propriétés des particules subatomiques et poser les bases de son modèle. Les tubes cathodiques sont des tubes de verre dont la teneur en air a été presque entièrement vidée.

Ces tubes sont électrifiés avec une batterie qui polarise le tube pour avoir une extrémité de charge négative (cathode) et une extrémité chargée positivement (anode).

Ils sont également scellés des deux côtés et sont soumis à des niveaux de tension élevés par électrification de deux électrodes placées sur la cathode de l'appareil. Par cette configuration, la circulation d'un faisceau de particules de la cathode à l'anode du tube est induite.

Rayons cathodiques

Il y a l'origine du nom de ce type d'outils, puisqu'ils sont appelés rayons cathodiques en raison du point de sortie des particules à l'intérieur du tube. En peignant l'anode du tube avec un matériau tel que le phosphore ou le plomb, une réaction est générée à l'extrémité positive au moment même où le faisceau de particules le frappe.

Dans ses expériences, Thomson a déterminé la déviation du faisceau sur son trajet de la cathode à l'anode. Par la suite, Thomson a essayé de valider les propriétés de ces particules: essentiellement la charge électrique et la réaction entre elles.

Le physicien anglais a placé deux plaques électriques à charge opposée sur les extrémités supérieure et inférieure du tube. En raison de cette polarisation, le faisceau a été dévié vers la plaque chargée positivement, placée dans la butée supérieure.

De cette manière, Thomson a démontré que le rayon cathodique était constitué de particules chargées négativement qui, en raison de leur charge opposée, étaient attirées par la plaque chargée positivement.

Evolution en recherche

Thomson a développé ses hypothèses et, après cette découverte, a placé deux aimants des deux côtés du tube. Cette incorporation affectait également certaines déviations du rayon cathodique.

En analysant le champ magnétique associé, Thomson a pu déterminer le rapport masse / charge des particules subatomiques et a constaté que la masse de chaque particule subatomique était négligeable par rapport à la masse atomique.

J.J.Thomson a créé un appareil qui a précédé l'invention et la perfection de ce qu'on appelle maintenant un spectromètre de masse.

Ce dispositif effectue une mesure assez précise de la relation entre la masse et la charge des ions, ce qui donne des informations extrêmement utiles pour déterminer la composition des éléments présents dans la nature.

Répéter l'expérience

Thomson a effectué la même expérience à plusieurs reprises en modifiant les métaux qu'il utilisait pour placer les électrodes dans le tube cathodique.

Enfin, il a déterminé que les propriétés du faisceau restaient constantes, quel que soit le matériau utilisé pour les électrodes. C'est-à-dire que ce facteur n'était pas déterminant dans l'exécution de l'expérience.

Les études de Thomson ont été très utiles pour expliquer la structure moléculaire de certaines substances, ainsi que la formation de liaisons atomiques.

Postulats

Le modèle de Thomson a rassemblé dans une seule déclaration les conclusions favorables du scientifique britannique John Dalton sur la structure atomique et a fait allusion à la présence d'électrons dans chaque atome.

De plus, Thomson a également mené plusieurs études sur les protons dans le gaz néon et a ainsi démontré la neutralité électrique des atomes. Cependant, la charge positive sur l’atome a été proposée comme une masse uniforme et non comme des particules.

L'expérience de Thomson avec les rayons cathodiques a permis d'énoncer les postulats scientifiques suivants:

- le rayon cathodique est constitué de particules subatomiques de charge négative. Thomson a initialement défini ces particules comme des "corpuscules".

- La masse de chaque particule subatomique est juste 0,0005 fois la masse d'un atome d'hydrogène.

- Ces particules subatomiques se retrouvent dans tous les atomes de tous les éléments de la Terre.

- les atomes sont électriquement neutres; c'est-à-dire que la charge négative des "corpuscules" est assimilée à la charge positive des protons.

Modèle controversé

Le modèle atomique de Thomson était très controversé au sein de la communauté scientifique, car il était contraire au modèle atomique de Dalton.

Ce dernier postulait que les atomes étaient des unités indivisibles, malgré les combinaisons pouvant être générées lors des réactions chimiques.

Ainsi, Dalton n'a pas envisagé l'existence de particules subatomiques - telles que des électrons - dans les atomes.

En revanche, Thomson a trouvé un nouveau modèle fournissant une explication alternative de la composition atomique et subatomique après la découverte de l'électron.

Le modèle atomique de Thomson a été rapidement révélé par la comparaison avec le populaire dessert anglais "plum pudding". La masse du pudding symbolise une vue intégrale de l'atome et les prunes représentent chacun des électrons qui constituent l'atome.

Limitations

Le modèle proposé par Thomson jouissait d'une grande popularité et d'une grande acceptation à l'époque, et a servi de point de départ pour étudier la structure atomique et affiner les détails associés.

La plus grande cause d'acceptation du modèle était son adaptation aux observations des expériences de Thomson sur les rayons cathodiques.

Cependant, le modèle offrait d’importantes possibilités d’amélioration afin d’expliquer la répartition des charges électriques dans l’atome, qu’il s’agisse de charges positives ou négatives.

Les enquêtes de Rutherfod

Plus tard, dans la décennie de 1910, l’école scientifique dirigée par Thomson poursuivit les recherches sur les modèles de structure atomique.

C'est ainsi qu'Ernest Rutherford, ancien élève de Thomson, a déterminé les limites du modèle atomique de Thomson, en compagnie du physicien britannique Ernest Marsden et du physicien allemand Hans Geiger.

Le trio de scientifiques a mené plusieurs expériences avec des particules alpha (α), c’est-à-dire des noyaux ionisés de molécules 4He, sans entourer les électrons.

Ce type de particules est constitué de deux protons et de deux neutrons, ce qui explique pourquoi la charge positive prédomine. Les particules alpha sont produites dans des réactions nucléaires ou par des expériences de décroissance radioactive.

Rutherford a conçu un arrangement permettant d’évaluer le comportement des particules alpha lors du croisement de substances solides, comme par exemple des feuilles d’or.

Dans l'analyse de la trajectoire, il a été détecté que certaines particules présentaient un angle de déviation lors de la pénétration des feuilles d'or. Dans d'autres cas, un léger rebond a également été perçu sur l'élément d'impact.

Après les investigations avec les particules alpha, Rutherfod, Marsden et Geiger ont contredit le modèle atomique de Thomson et ont plutôt proposé une nouvelle structure atomique.

Nouvelle proposition

La contre-proposition de Rutherford et de ses collègues était que l'atome était constitué d'un petit noyau à haute densité, dans lequel se concentraient des charges positives et un anneau d'électrons.

La découverte du noyau atomique par Rutherford a apporté un nouvel air à la communauté scientifique. Cependant, des années plus tard, ce modèle a également été révoqué et remplacé par le modèle atomique de Bohr.

Articles d'intérêt

Modèle atomique de Schrödinger.

Modèle atomique de Broglie.

Modèle atomique de Chadwick.

Modèle atomique de Heisenberg.

Modèle atomique de Perrin.

Modèle atomique de Dalton.

Modèle atomique de Dirac Jordan.

Modèle atomique de Démocrite.

Modèle atomique de Bohr.

Références

1. Découverte de l'électron et du noyau (s.f.). Récupéré de: khanacademy.org
2. J.J. Théorie atomique de Thomson et biographie (s.f.). Récupéré de: thoughtco.com
3. Théorie atomique moderne: modèles (2007). Extrait de: abcte.org
4. Modèle atomique de Thomson (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Extrait de: britannica.com
5. Wikipedia, l'encyclopédie libre (2018). Modèle atomique de Thomson. Extrait de: en.wikipedia.org
6. Wikipedia, l'encyclopédie libre (2018). Modèle de pudding de prune. Extrait de: en.wikipedia.org