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Constitution de la matière

Cf. ci-dessous pour le vocabulaire.

Dimension

La taille de l’atome est de l’ordre du dixième de millionième de millimètre c'est à dire :
( 1 mm / 10 ) / 1 000 000 = 10^-10 m = 0,000 000 000 1 m.
Il faut imaginer 1 millimètre que l’on coupe en dix puis il faut couper en un million le petit morceau obtenu.

Le nombre d’atomes d'une toute petite parcelle d'un corps est si grand qu'il défie l'imagination !
Une tête d'épingle de 1 mm³ contient environ 80 000 000 000 atomes de fer.
Une goutte d'eau contient environ mille milliards de molécules d'eau qui elles-mêmes contiennent chacune 3 atomes.

La taille des noyaux des atomes est encore bien plus petite que celle de l'atome.
En effet, si le noyau atomique était représenté par une orange, un électron serait plus petit qu'une tête d'épingle et se déplacerait à environ 100 m de l'orange.

Si on arrivait à concentrer tous les noyaux de tous les atomes de l'Univers, ils n'occuperaient pas plus que le volume d'un dé à coudre car la matière qui nous entoure est essentiellement composée de vide.
On dit que la matière a une structure lacunaire.

Vocabulaire et histoire

A la fin du Vème siècle av. J.C., dans la Grèce antique des philosophes du nom de Démocrite et Leucippe imaginent l'existence de l'atome. Ils eurent l'intuition que la matière était faite d'une infinité de petits corpuscules, invisibles, indivisibles et éternels ; et que le monde visible était fait d'un assemblage d'atomes invisibles.
Ainsi, l'adjectif grec atomos qui signifie indivisible (qui ne peut être décomposé) est à l'origine du mot atome .

Mais ce sont les chimistes des siècles plus tard, de la fin du XVIIIème siècle et du début du XIXème siècle, qui ont par des hypothèses (comme Avogadro) et des travaux (comme Dalton) établi définitivement la théorie atomique.
L'anglais John Dalton suppose alors que l'atome est le constituant de base de toute la matière, père incontesté de l'atome et il imagine déjà l'existence de molécules.

Au XX ème siècle, de nombreux chercheurs tels que Jean Perrin, Niels Bohr, Ernest Rutherford,
et le fameux Albert Einstein prouvent par des expériences la structure prévue de la matière en atomes et mettent en évidence l'existence de noyaux et d'électrons.

Aujourd'hui, les laboratoires continuent d'étudier l'atome (son noyau, ses nucléons, leurs quarks...).

Le modèle de l'atome a évolué, le plus courant dans les représentations des livres est le modèle de Bohr où les électrons sont sur certaines orbites bien définies.
Mais dans le modèle actuel comme le pensait Louis de Broglie la position des électrons ne peut pas être définie précisément , donc on définit des zones où on a plus de chance de les trouver.

L'assemblage de la matière :
drôle de jeu de construction !

Il existe seulement une centaine d'atomes différents.(cf. ci-dessous tableau périodique)
La matière est formée à partir d’atomes qui peuvent se regrouper en molécules (exemple, le gaz dioxygène de l'air est constitué de molécules de dioxygène formées chacune de 2 atomes d'oxygène).

Dans un corps simple, les atomes formant une molécule sont tous les mêmes.
Dans un corps composé, les atomes formant une molécule sont différents.

On connaît un demi-million de molécules différentes dans le monde où nous vivons.

Ions
Dans certaines conditions, certains atomes ou groupement d'atomes peuvent capter ou perdre un ou plusieurs électrons. L'ensemble n'est plus neutre d'un point de vue électrique, il forme alors ce que l'on appelle un ion.

Si c'est un seul atome qui a capté ou perdu un ou des électrons, il devient un ion monoatomique.
Si c'est un ensemble de plusieurs atomes qui ont capté ou perdu un ou des électrons, il devient un ion polyatomique.

Il existe des ions négatifs, les anions (gain d'électrons) et ions positifs, les cations (perte d'électrons).

Exemple : L'atome de chlore de symbole Cl peut gagner un électron et former l'ion chlorure Cl^- qui est un anion monoatomique.
Equation-bilan de formation de cet ion : Cl + 1 e^{^-}® Cl^{^-}

Les ions vous les connaissez, rapellez vous en cinquième l'étiquette d'une eau minérale...

Exercice ions

Equation bilan

Pensons à la phrase d’un des premiers chimistes Antoine Laurent LAVOISIER (1743-1794 mort sur l’échafaud ) : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ». Donc les atomes ne disparaissent pas et n’apparaissent pas, ils se réarrangent seulement en d'autres composés chimiques appelés produits. Mais si vous avez besoin de rappel allez faire un tour sur la page des quatrièmes.

Exercice d'application

Métaux

La plupart des métaux à température ordinaire sont des solides et plus précisément des cristaux qui se distinguent des autres solides par leurs propriétés mécaniques, électriques et optiques.
Lorsque le métal comporte plusieurs espèces d'atomes, on dit que c'est un alliage.

Dans un métal, certains électrons sont libres , ce qui permet le passage du courant électrique.
C'est pour cela que les métaux et les alliages sont des conducteurs de l'électricité et de la chaleur.
Dans un métal, certaines couches d'atomes glissent relativement facilement les unes sur les autres. C'est pour cela que les métaux et les alliages peuvent se déformer sans casser, ils sont dits malléables.
Les métaux sont également opaques à la lumière et la réfléchissent. (Penser aux miroirs argentés fabriqués avec une fine couche d'argent posée sur une vitre).

Les atomes dans les métaux sont arrangés régulièrement les uns contre les autres et en très grand nombre. Donc, on ne peut pas parler de "molécules" de fer ou de cuivre et on représentera un métal par le symbole de son atome.

Tableau périodique

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