Connaître la structure de la matière

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Fiches
Classe(s) : 3e | Thème(s) : Organisation et transformations de la matière
 

Toute la matière dans l’Univers est constituée d’atomes invisibles à l’œil nu. Mais que sait-on réellement de sa structure ?

RAPPELS DE COURS

1 L’évolution des modèles atomiques

A Les premiers modèles

mot clé Un modèle est une représentation simplifiée de la réalité d’un phénomène.

 Dès l’Antiquité, Démocrite a l’intuition de l’existence des atomes (atomos signifiant « insécable »). Cette idée, rejetée par Aristote, est finalement reprise en 1805 par John Dalton.

 En 1897, Joseph John Thomson prouve expérimentalement l’existence des électrons (particules de charge négative).

B Le modèle atomique de Rutherford

 En 1911, Ernest Rutherford déduit d’une expérience qu’une charge positive occupe un tout petit volume au centre de l’atome qu’il appelle « noyau ». Depuis, d’autres modèles plus complexes ont été développés (modèle de Bohr, etc.).

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 Dans le modèle atomique de Rutherford, un atome est constitué d’un noyau chargé positivement autour duquel gravitent un ou plusieurs électrons chargés négativement. La charge électrique élémentaire négative est notée – e.

 Un atome est électriquement neutre. Presque toute la masse de l’atome se trouve dans le noyau.

2 La classification périodique

 Un atome est représenté par son symbole atomique (ex. : Na pour le sodium) et caractérisé par un numéro atomique, noté Z (nombre de charges positives dans son noyau ; ex. : Z = 11 pour le sodium).

 Depuis les travaux de Dmitri Mendeleïev en 1869, les chimistes classent les atomes par « familles » en fonction de leur numéro atomique dans un tableau appelé classification périodique.

3 Ions et solutions ioniques

 Un ion est un atome (ou un groupement d’atomes) qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.

 Il existe donc des ions positifs (cations) et des ions négatifs (anions). Par exemple, le cation Na+ a perdu un électron et l’ion est donc globalement positif tandis que l’anion C, lui, a gagné une charge négative.

 On appelle solution ionique tout liquide qui contient des ions. Elle est notée (formule cation + formule anion) et est toujours électriquement neutre :

– dans le chlorure de sodium (Na+ + C), il y a autant d’ions C que d’ions Na+ ;

– dans le chlorure de fer III (Fe3+ + 3 C), il y a trois fois plus d’ions C que d’ions Fe3+.

MÉTHODE

Déterminer la nature du courant électrique

Dans chaque atome d’un métal, certains électrons sont éloignés du noyau, donc peu liés à celui-ci : ce sont des électrons libres. Le courant électrique est un déplacement d’ensemble de ces particules chargées négativement.

Lorsque le circuit électrique est fermé, le générateur donne un mouvement d’ensemble aux électrons libres : ils se déplacent tous dans le même sens, c’est-à-dire de la borne – vers la borne + du générateur. Ce mouvement est à l’origine du courant électrique.

N’y a-t-il pas quelque chose de troublant par rapport au sens conventionnel du courant ?

Solution

Dans un circuit fermé, les électrons libres négatifs sont attirés par la borne +. Ils se déplacent donc de la borne – vers la borne +. Or, avant que Joseph John Thomson ne prouve expérimentalement l’existence des électrons (en 1897), le sens du courant avait été fixé dans l’autre sens. Pour cette raison, on précise toujours « par convention » quand on définit le sens du courant.