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L'origine et le développement du modèle atomique de la matière de John Dalton

L'origine et le développement du modèle atomique de la matière de John Dalton

L'idée de l'atome comme la plus petite unité de matière indivisible a une longue histoire qui précède John Dalton de plusieurs millénaires, mais sa théorie scientifiquement raisonnée au début du 19e siècle était un développement révolutionnaire dans notre compréhension de cet élément fondamental de le monde physique.

Les origines de l'atome

L'idée d'une unité de matière indivisible à partir de laquelle toutes choses sont faites peut être trouvée dans des textes de la Grèce antique et de l'Inde ancienne, mais l'atome tel que nous le connaissons a vraiment commencé dans la Grèce antique au 6ème siècle avant notre ère.

Le terme atome est dérivé du mot atomos,inventé par l'ancien philosophe grec Leucippe et son élève Démocrite vers le 6ème ou 5ème siècle avant notre ère. Signifiant littéralement «indiscutable», Démocrite, en particulier, répandit l'idée des atomos comme étant des particules physiques en nombre infini, éternelles et incréées qui composent toute la matière.

Les idées des premiers atomistes - comme on les appelle parfois Leucippe, Démocrite et Épicure - ont essentialisé le concept selon lequel le seul changement réel dans le monde était celui du lieu - en particulier le changement d'état de mouvement ou de repos - et que rien de nouveau n'a jamais été créé et que rien d'existant n'a jamais cessé d'exister.

Lorsqu'une personne est née, les atomes dont elle était composée changeaient de position pour faire de cette personne ce qu'elle était. La croissance était simplement plus d'atomos changeant de position pour rejoindre une collection déjà existante d'atomos. Quand quelqu'un mourait et que son corps se décomposait, les atomos se séparaient et se dispersaient simplement, et ces atomos pouvaient être reconfigurés par la suite pour former un brin d'herbe ou une rivière. Ils étaient essentiellement les Carl Sagans de leur époque, nous rappelant à tous que nous sommes tous faits de star-stuff.

Cela finit par être plus proche de la réalité réelle de la matière que les idées de l'ennemi juré de Démocrite, Platon, qui conceptualisa le monde construit à partir de triangles transcendants et de polyèdres qui ont donné naissance à l'un des quatre éléments - Terre, Vent, Feu et eau. Ces éléments se combineraient alors pour former des copies physiques imparfaites de formes abstraites et parfaites d'une chose donnée.

L'œuvre de Démocrite a survécu à la chute de Rome et a traversé le Moyen Âge européen dans le monde islamique. La redécouverte des atomos en Europe est venue grâce à la réintroduction d'Aristote, l'élève de Platon qui a débattu des idées concurrentes des atomos et des triangles de Platon dans ses propres œuvres, et du poète romain Lucrèce, qui a écrit sur les idées atomistes d'Épicure, qui a construit sur les idées de Démocrite de quelques siècles plus tôt.

La réintroduction de la philosophie païenne a rendu les autorités de l'Église au pouvoir assez déformées, bien qu'Aristote ait au moins eu l'avantage d'une philosophie monothéiste que les partisans pouvaient - et ont fait - faire valoir qu'Aristote était vraiment parlant du dieu abrahamique, il n'avait tout simplement jamais entendu parler de lui et ne savait donc pas quel nom donner à son premier moteur.

Epicure et Démocrite, cependant, n'avaient pas une telle défense. Les atomos signifiaient qu'aucun dieux n'était nécessaire pour expliquer la vie et la mort, ou comment le bois brûle en fumée et en cendres, ou comment l'eau et le sol se transforment en cultures. Tout pourrait s'expliquer par un changement de position des différents atomes les uns par rapport aux autres. La base matérialiste des philosophies d'Épicure et de Démocrite contredisait directement les enseignements de l'Église et ainsi les fruits de cette philosophie, les atomos, ont été qualifiés d'hérésie païenne insensée, rendant dangereux de préconiser un tel modèle matériel.

Pourtant, il n'y avait pas moyen de contourner le fait que les atomos étaient un très bon moyen d'expliquer le phénomène naturel, donc l'idée des atomos est restée autour, même reprise par certains au sein de l'église qui ont soutenu que rien dans les Écritures exclu Dieu de créer l'univers à partir d'atomos. Au moment des Lumières, la connaissance des atomos était assez répandue parmi la nouvelle classe scientifique, mais elle restait une idée purement philosophique, dans l'ensemble.

Travaux de John Dalton sur les gaz

Au tournant du 19e siècle, John Dalton était un chimiste, physicien et météorologue anglais travaillant comme secrétaire de la Manchester Literary and Philosophical Society. En 1800, la chimie avait subi l'une des révolutions intellectuelles les plus dramatiques depuis des millénaires alors que la rigueur scientifique commençait à être appliquée à l'ancienne étude de l'alchimie, appelée la révolution chimique du XVIIIe siècle.

Alors que l'idée grecque antique que l'eau, l'air, le feu et la terre étaient les éléments essentiels de toute matière était encore considérée comme une donnée par beaucoup à l'époque, des chimistes comme Antoine Lavoisier ont jeté une grande partie des bases de la chimie moderne au cours du 18ème siècle par isoler et identifier certains des éléments les plus importants de la chimie, tels que l'hydrogène et l'oxygène. Pourtant, cette compréhension scientifique de la chimie et de l'atome au centre de tout cela en était encore à ses balbutiements au moment où John Dalton en hérita au début du 19e siècle.

Les propriétés des gaz étaient d'un intérêt particulier pour Dalton et une grande partie de ses travaux les plus importants tourne autour de leur étude. À partir de 1800, Dalton a commencé à enregistrer les différentes pressions de différentes formes de vapeur, qui à l'époque étaient considérées comme une substance distincte de l'air atmosphérique. SelonL'univers aujourd'hui:

[b] comme sur ses observations de six liquides différents, Dalton a conclu que la variation de la pression de vapeur pour tous les liquides était équivalente, pour la même variation de température, et la même vapeur de toute pression donnée.

Il a également conclu que tous les fluides élastiques sous la même pression se dilatent également lorsque la chaleur est appliquée. En outre, il a observé que pour toute expansion donnée de mercure (c'est-à-dire augmentation notée de la température à l'aide d'un thermomètre à mercure), que l'expansion correspondante de l'air est proportionnellement moindre, plus la température augmente.

Cela est devenu la base [de] la loi de Dalton (alias la loi des pressions partielles de Dalton), qui stipulait que dans un mélange de gaz non réactifs, la pression totale exercée est égale à la somme des pressions partielles des gaz individuels.

C'est au cours de ce travail sur les propriétés de ces gaz que Dalton a remarqué une tendance particulière. Il a constaté que certains gaz ne pouvaient être combinés que dans des proportions spécifiques pour former certains composés, même lorsque deux composés différents partageaient un ou plusieurs éléments en commun.

Dalton a commencé à déduire que si un composé ne pouvait être fabriqué qu'avec des proportions spécifiques d'éléments constitutifs, la seule façon dont cela pourrait fonctionner serait que les unités individuelles des éléments composants se combinent discrètement dans le mélange à un rapport spécifique pour donner naissance à un composé et pas un autre.

Il a en outre conclu que si deux éléments peuvent produire deux ou plusieurs composés, de la manière dont le carbone et l'oxygène peuvent produire à la fois du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone, le rapport des masses du deuxième élément étant donné une masse fixe du premier élément serait inévitablement réductible à un petit tout. Nombres.

Essentiellement, si l'ajout d'une certaine quantité d'oxygène au carbone vous donne du monoxyde de carbone, obtenir du dioxyde de carbone nécessite d'ajouter un multiple de la quantité d'oxygène utilisée pour produire le monoxyde de carbone, ce qui dans cet exemple signifierait que vous auriez besoin d'en ajouter deux fois plus. oxygène pour obtenir du dioxyde de carbone comme vous en aviez besoin pour obtenir du monoxyde de carbone.

Encore une fois, la seule façon dont cela pourrait être le cas est si les substances physiques de carbone et d'oxygène que vous combiniez étaient un ensemble d'unités individuelles de carbone et d'oxygène qui se coupleraient individuellement dans des rapports spécifiques en fonction de la quantité de chaque élément présent.

Ces deux aperçus, combinés aux lois sur la conservation de la masse et des proportions définies - découvertes respectivement par Lavoisier et Joseph Louis Proust - étaient le lien essentiel entre les anciens atomes grecs de Démocrite et la chimie moderne. Dalton a reconnu cette histoire, alors il a appelé ces atomes d'unités élémentaires.

Modèle atomique de Dalton

Proposant ce qui allait devenir le modèle atomique de Dalton, Dalton a décrit cinq propriétés essentielles de l'atome.

Première, chaque élément peut être réduit à une seule unité indivisible de lui-même.

Seconde, chaque atome d'un élément est identique à chaque autre atome de cet élément.

Troisième, les atomes de différents éléments se distinguaient par leur poids atomique.

Quatrième, les atomes individuels d'un élément se combinent avec les atomes individuels d'un autre élément pour former des composés.

Cinquième, aucun atome ne peut jamais être détruit ou créé dans un processus chimique, seule la disposition des atomes change.

Bien que certains d'entre eux ne soient pas tout à fait corrects - les isotopes d'un élément, par exemple, peuvent différer les uns des autres et même avoir des propriétés différentes tout en étant toujours classés comme le même élément - ce que Dalton a décrit au début du Le 19e siècle est assez proche de notre compréhension de la matière au niveau macro aujourd'hui.

Comment le modèle atomique de Dalton a été raffiné

Au cours du siècle suivant, le modèle atomique de Dalton serait affiné, car de nouvelles expériences ont montré que l'atome n'était pas aussi net et ordonné que Dalton l'avait proposé pour la première fois. Marie et Pierre Curie ont découvert que les atomes de certains éléments libéraient des radiations, ce qu'ils ne pourraient pas faire s'ils étaient le matériau irréductible que Dalton a décrit.

Plus tard, on découvrirait que les atomes pourraient avoir une charge électromagnétique, positive ou négative, que nous appelons des ions. Ces ions indiquent que les atomes normalement neutres doivent être constitués d'une substance chargée négativement directement proportionnelle à une substance chargée positivement afin que ces deux charges s'annulent l'une l'autre. Les ions ne pouvaient être expliqués que si cet équilibre était perturbé, ce qui signifiait que les substances chargées électromagnétiquement de l'atome devaient être distinctes et séparables. L'atome n'était donc pas aussi petit que possible.

De là, nous avons obtenu le proton, le neutron et l'électron; le photon et la constante de Planck; et Albert Einstein, Niels Bohr et d'autres ont démêlé ce qui était maintenant le modèle atomique fortement révisé de John Dalton et introduit le monde bizarre de la mécanique quantique. À partir de là, la science laisse la structure atomique ordonnée et mesurable, ainsi que la physique, derrière - bien qu'on ne sache pas encore si Platon avait raison à propos de ces triangles.


Voir la vidéo: 2nde - Ch 03 - capsule 07 bis - Histoire du modele de latome (Novembre 2021).