Histoire du modèle atomique 

De tout temps l'Homme s'est posée la question: mais de quoi est constituée la matière?

Dès l'antiquité, les premiers "scientifiques" grecs croyaient que la matière était constituée de quatre éléments: la terre, l'eau, le feu et l'air. Cette croyance trouve une explication dans l'observation de la combustion d'un morceau de bois. Pendant la combustion, il y a production de fumée (air), de vapeur d'eau (eau) et de cendre (terre). Cette théorie quoique simple était le résultat d'observations de philosophes tel que Thalès et Empédocle.

Démocrite n'étant pas un philosophe très populaire en son temps, sa théorie ne trouva aucun appuie et elle fût donc rejetée au profit d'une théorie de la continuité de la matière proposée par Aristote .

Au Moyen Âge l'alchimie, axée principalement sur la découverte d'une substance (la pierre philosophale) qui transformerait les métaux les plus communs en or ou en argent, et sur la découverte de moyens permettant de prolonger la vie des hommes est, de bien des façons, le précurseur de la science moderne, en particulier de la chimie. Même si ses buts et ses techniques étaient douteux et souvent illusoires,  le concept fondamental de l'alchimie dérivait de la doctrine aristotélicienne selon laquelle toute chose tend à atteindre la perfection. Les alchimistes  pensaient que les métaux étaient moins «parfaits» que l'or. Il était donc raisonnable de supposer que la nature avait constitué l'or à part des autres métaux enfouis profondément sous terre, et qu'avec suffisamment de dextérité et d'assiduité, un artisan pourrait reproduire cette synthèse dans son atelier. Les efforts pour atteindre ce but étaient tout d'abord empiriques et pratiques, mais au IVe siècle apr. J.-C., l'astrologie, la magie et les rites devinrent prédominants.  Les alchimistes arabes travaillaient avec l'or et le mercure, l'arsenic et le soufre, les sels et les acides. Ils se familiarisèrent avec une large gamme de ce que l'on appelle maintenant les réactifs chimiques. Ils croyaient que les métaux étaient des corps composés, constitués de mercure et de soufre en différentes proportions. Leurs principes scientifiques étaient la potentialité de la transmutation et leurs méthodes étaient pour la plupart des tâtonnements à l'aveuglette. Cependant, ils trouvèrent de cette façon de nombreuses substances nouvelles et inventèrent de nombreux procédés utiles. En provenance de l'Arabie, l'alchimie se propagea, dans l'ensemble, à travers l'Espagne et l'Europe. Les premiers travaux authentiques de l'alchimie européenne existant encore sont ceux du moine anglais Roger Bacon et du philosophe allemand Albert le Grand. Tous deux croyaient en la possibilité de transmuter les métaux inférieurs en or. Cette idée excita l'imagination  et plus tard l'avarice   d'un grand nombre de personnes au Moyen Âge. Ces dernières croyaient que l'or était le métal parfait et que les métaux plus vils étaient plus imparfaits que l'or. Cependant, ils cherchèrent à fabriquer ou à découvrir une substance, appelée la pierre philosophale, beaucoup plus parfaite que l'or, et qui pouvait être utilisée pour amener les métaux de base jusqu'à la perfection de l'or.

Vers le 15^e siècle des savants commencèrent à progresser dans la connaissance de la matière et a remettre en doutes les concepts aristotéliciens du monde et de la matière. L'expérimentation et la présentation devant le roi d'expériences simples devenaient à la mode.

Louis Joseph Proust,  (1754-1826), chimiste français, montra la constance de la composition de l'eau, quelle que fût sa provenance. Il fut amené à énoncer la loi des proportions définies, parfois appelée loi de Proust. Cette loi stipule que les éléments d'un composé sont tous présents dans des proportions massiques fixées, indépendamment de la manière dont le composé a été préparé. Proust intégra cette loi dans un article qu'il publia en 1794. Pour Proust la matière était constituée d'éléments simples qui pouvaient se combiner en éléments composés. Sa loi fut cependant mal acceptée, jusqu'à ce que Jöns Jacob Berzelius, un chimiste suédois, lui apporte son soutien, en 1811. Proust réussit également à isoler un sucre du raisin, qui était en fait du glucose.

Avec ces scientifiques commençait un nouvel âge pour la science, plus axé sur la recherche et l'expérimentation. ET enfin une proposition sérieuse d'un nouveau modèle atomique.

Dalton naquit le 6 septembre 1766 à Eaglesfield, dans le Cumberland (aujourd'hui Cumbria). Son père était tisserand. Il fut d'abord instruit par son père puis à l'école de sa ville natale, où il commença à enseigner à l'âge de douze ans. En 1781, il se rendit à Kendal, où il dirigea une école avec son cousin et son frère aîné. Il s'installa à Manchester en 1793 et y passa le reste de sa vie comme professeur, d'abord au nouveau collège puis plus tard comme précepteur.

Dalton commença en 1787 une série d'observations météorologiques qu'il poursuivit pendant cinquante-sept ans, accumulant quelque deux cent mille observations et mesures du temps dans la région de Manchester. L'intérêt de Dalton pour la météorologie le conduisit à étudier différents phénomènes ainsi que les instruments utilisés pour les mesurer. Il fut le premier à prouver la validité de l'idée selon laquelle la pluie est précipitée par une baisse de température, non par un changement de la pression atmosphérique.

Le premier travail de Dalton, Observations et essais météorologiques (1793), ne suscita que peu d'intérêt. L'année suivante, il présenta un article sur le daltonisme, maladie dont Dalton souffrait lui-même, devant la société philosophique et littéraire de Manchester. Cet article fut la toute première description de ce phénomène.

La plus importante contribution de Dalton à la science fut sa théorie selon laquelle la matière est composée d'atomes indivisibles de différentes masses et qu'elle se combine en respectant des proportions massiques simples. Cette théorie, que Dalton proposa pour la première fois en 1803, est la pierre d'angle de la science physique moderne. En 1808, l'
Suvre de Dalton intitulée Un nouveau système de philosophie chimique fut publiée. Dans ce livre, il dressa la liste des masses atomiques d'un certain nombre d'éléments connus par rapport à la masse de l'hydrogène. Ses masses n'étaient pas entièrement correctes mais elles forment la base de la table périodique moderne des éléments. Dalton arriva à sa théorie atomique par une étude des propriétés physiques de l'air atmosphérique et des autres gaz.

En 1804 et 1809, Dalton fut invité à enseigner à Londres. Il devint membre de la Royal Society en 1822. Il fut récompensé par la médaille d'or de la société en 1826. En 1830, Dalton devint l'un des huit associés étrangers de l'Académie française des sciences. Il mourut à Manchester le 27 juillet 1844. Dalton étudia une maladie transmise génétiquement le daltonisme.

        Voici les axiomes importants de la théorie de Dalton:

La matière est composée de particules invisibles, indivisibles, massiques appelées atomes.

• Les atomes d'un élément donné sont identiques.

• Les atomes d'éléments différents sont uniques.

• Les atomes d'éléments simples se combinent dans des proportions bien définies pour former des atomes composés (les composés).

Le tube de Crookes

Grâce à la découverte de Crookes, Thomson est à l'origine de la découverte de l'électron par ses expérimentations sur les flux de particules (électrons) créés par des rayons cathodiques.Théoricien et expérimentateur, Thomson avança en 1898 la théorie du «pain aux raisins» sur la structure atomique, dans laquelle les électrons sont considérés comme des «raisins» négatifs enfoncés dans un «pain» de matière positive. On appelle souvent le modèle de Thomson, modèle du pain aux raisins.

Modèle de l'atome tel qu'imaginé par Thomson.

Rutherford naquit en août 1871 à Nelson, en Nouvelle-Zélande, et fit ses études à l'université de Nouvelle-Zélande, puis à celle de Cambridge. Il enseigna la physique à l'université McGill de Montréal, au Québec, de 1898 à 1907. C'est en 1908 qu'il reçut le prix Nobel de chimie pour ses découvertes sur la structure de l'atome.
Rutherford fut l'un des premiers et des plus importants chercheurs dans le domaine de la physique nucléaire. Peu de temps après la découverte de la radioactivité, en 1896, par le physicien français Henri Becquerel, Rutherford identifia les trois composants principaux du rayonnement, qu'il baptisa respectivement rayonnements alpha, bêta et gamma. Il montra également que les particules alpha étaient en fait des noyaux d'hélium. Son étude du rayonnement le conduisit à élaborer une théorie de la structure atomique. Il fut ainsi le premier à décrire l'atome comme un noyau dense autour duquel gravitent des électrons.

En 1919, Rutherford fit une expérience importante en physique nucléaire : en bombardant de l'azote gazeux avec des rayons alpha du radium, il obtint la formation d'atomes d'un isotope de l'oxygène et de protons. Cette transformation de l'azote en oxygène fut la première transmutation artificielle. Ce résultat suscita le démarrage de recherches intensives sur d'autres transformations nucléaires et sur la nature et les propriétés du rayonnement. Rutherford et le physicien anglais Frederick Soddy proposèrent une explication de la radioactivité toujours en vigueur aujourd'hui.

La théorie de Bohr sur la structure atomique, pour laquelle il reçut le prix Nobel de physique, fut publiée entre 1913 et 1915. Son travail s'inspira du modèle nucléaire de l'atome de Rutherford, dans lequel l'atome est considéré comme un noyau compact entouré d'un essaim d'électrons. Le modèle propose que les électrons qui gravitent autour du noyau sont situés sur des niveaux d'énergie. Bohr a identifié sept niveaux d'énergie autour du noyau. De plus chaque niveau d'énergie ne peut contenir qu'un nombre maximum d'électron. Ce modèle contribua énormément aux développements ultérieurs de la physique atomique théorique. C'est ce modèle qui est encore en vigueur.

En 1939, Bohr réalisa l'importance des expériences de fission menées par les savants allemands Otto Hahn et Fritz Strassmann. Aux États-Unis, lors d'une conférence scientifique, Bohr convainquit les physiciens de l'importance de ces expériences. Il démontra plus tard que l'uranium-235 était l'isotope de l'uranium qui subissait la fission nucléaire. Bohr retourna alors au Danemark, où il fut forcé de rester après l'occupation allemande du pays en 1940. Il finit cependant par s'enfuir aux États-Unis, où il participa à la fabrication de la première bombe     atomique, à Los Alamos, au Nouveau-Mexique. Il s'opposa cependant au caractère secret de ce
projet et redouta les conséquences de ce développement inquiétant.

Adapté de l'encyclopédie Encarta 97 de Microsoft

Dernière mise à jour le 20 juillet, 2000