Vous pouvez rechercher une image d’un atome sur Internet et vous en trouverez une, même si personne n’a jamais vu d’atome auparavant. Mais nous avons une estimation de ce à quoi ressemble un seul atome grâce au travail d'un groupe de scientifiques différents comme le physicien danois Niels Bohr.
Les atomes sont les éléments constitutifs de la matière :un seul atome d'un élément individuel est l'entité la plus fondamentale de la nature qui respecte toujours les règles de la physique que nous pouvons observer dans la vie quotidienne (les particules subatomiques qui composent les atomes ont leurs propres règles spéciales). . Les scientifiques soupçonnaient que les atomes existaient depuis longtemps avant de pouvoir conceptualiser leur structure - même les anciens Grecs pensaient que la matière de l'univers était constituée de composants si petits qu'ils ne pouvaient être décomposés en rien de plus petit, et ils appelaient ces unités fondamentales atomes , qui signifie « indivis ». À la fin du XIXe siècle, on comprenait que les substances chimiques pouvaient être décomposées en atomes, qui étaient très petits et que les atomes de différents éléments avaient un poids prévisible.
Mais ensuite, en 1897, le physicien britannique J.J. Thomson a découvert les électrons – des particules chargées négativement à l’intérieur des atomes que tout le monde avait passé la majeure partie d’un siècle à croire qu’ils étaient entièrement indivisibles – comme les plus petites choses qui existaient. Thomson a simplement émis l'hypothèse que les électrons existaient, mais il n'a pas pu déterminer exactement comment les électrons s'intègrent dans un atome. Sa meilleure hypothèse était le "modèle du plum pudding", qui représentait l'atome comme une tarte chargée positivement parsemée de zones chargées négativement dispersées comme des fruits dans un dessert d'antan.
"Les électrons se sont révélés être électriques négatifs, tous de même masse et très petits par rapport aux atomes", explique Dudley Herschbach, un chimiste de Harvard qui a partagé le prix Nobel de chimie en 1986 pour ses "contributions concernant la dynamique des processus chimiques élémentaires". ," dans un e-mail. "Ernest Rutherford a découvert le noyau en 1911. Les noyaux étaient électriques positifs, avec des masses variées mais beaucoup plus grandes que les électrons, mais de très petite taille."
Niels Bohr était l'élève de Rutherford qui a repris avec courage le projet de son mentor consistant à déchiffrer la structure de l'atome en 1912. Il ne lui a fallu qu'un an pour proposer un modèle fonctionnel d'atome d'hydrogène.
"Le modèle de Bohr de 1913 pour l'atome d'hydrogène avait des orbites électroniques circulaires autour du proton - comme les orbites terrestres autour du soleil", explique Herschbach. "Bohr avait utilisé un modèle simple et régulier pour le spectre de l'atome d'hydrogène, découvert par Johann Balmer en 1885. Il a également utilisé l'idée de l'idée quantique découverte par Max Planck en 1900."
En 1913, le modèle de Bohr représentait un pas de géant car il incorporait des caractéristiques de la mécanique quantique naissante dans la description des atomes et des molécules. Cette année-là, il publie trois articles sur la constitution des atomes et des molécules :le premier et le plus célèbre était consacré à l'atome d'hydrogène et les deux autres décrivaient certains éléments comportant plus d'électrons, en utilisant son modèle comme cadre. Le modèle qu'il a proposé pour l'atome d'hydrogène présentait des électrons se déplaçant autour du noyau, mais uniquement sur des pistes spéciales avec différents niveaux d'énergie. Bohr a émis l'hypothèse que la lumière était émise lorsqu'un électron sautait d'une piste d'énergie supérieure à une piste d'énergie inférieure – c'est ce qui faisait briller l'hydrogène dans un tube de verre. Il a bien compris l'hydrogène, mais son modèle était un peu défectueux.
"Le modèle n'a pas réussi à prédire la bonne valeur des énergies fondamentales des atomes à plusieurs électrons et des énergies de liaison des molécules, même pour les systèmes à 2 électrons les plus simples, tels que l'atome d'hélium ou une molécule d'hydrogène", explique Anatoly Svidzinsky. , professeur à l'Institut des sciences et de l'ingénierie quantiques de Texas A&M, dans une interview par courrier électronique. "Ainsi, déjà en 1913, il était clair que le modèle de Bohr n'était pas tout à fait correct. Même pour l'atome d'hydrogène, le modèle de Bohr prédit de manière incorrecte que l'état fondamental de l'atome possède un moment cinétique orbital non nul."
Ce qui, bien sûr, n’a peut-être pas beaucoup de sens pour vous si vous n’êtes pas un physicien quantique. Cependant, le modèle de Bohr a été accéléré pour recevoir un prix Nobel de physique en 1922. Mais alors même que Bohr consolidait sa réputation dans le monde de la physique, les scientifiques amélioraient son modèle :
"Le modèle de Bohr pour l'atome d'hydrogène a été amélioré par Arnold Sommerfeld en 1916", explique Herschbach. "Il a découvert des orbites elliptiques qui expliquaient des raies spectrales proches de celles provenant d'orbites circulaires. Le modèle de Bohr-Sommerfeld pour l'atome d'hydrogène est basique, mais le quantum et la relativité sont devenus des aspects majeurs."
Entre 1925 et 1928, Werner Heisenberg, Max Born, Wolfgang Pauli, Erwin Schrodinger et Paul Dirac ont développé ces aspects bien au-delà du modèle atomique de Bohr, mais son modèle est de loin le plus reconnu d'un atome. Les modèles atomiques que la physique quantique nous a donnés ressemblent moins à un soleil entouré de planètes électroniques qu’à de l’art moderne. Il est probable que nous utilisons toujours le modèle de Bohr car c'est une bonne introduction au concept d'atome.
"En 1913, le modèle de Bohr a démontré que la quantification est une bonne voie à suivre dans la description du micro-monde", explique Svidzinsky. "Ainsi, le modèle de Bohr a montré aux scientifiques une direction à suivre et a stimulé le développement ultérieur de la mécanique quantique. Si vous connaissez le chemin, vous trouverez tôt ou tard la bonne solution au problème. On peut considérer le modèle de Bohr comme l'un des panneaux de direction le long d'un sentier de randonnée dans le monde quantique. "
Maintenant, c'est intéressantLe père de Niels Bohr, Christian Bohr, a été nominé pour trois prix Nobel différents de physiologie de la médecine, mais il n'a jamais gagné.
