ATOMISTIQUE

« Quiconque n’est pas choqué par la théorie quantique ne l’a pas comprise. » (Niels Bohr, 1885-1962)

chapitre 1

La structure de la matière

L’idée d’atome (du grec : insécable), remonte à Empédocle, Leucippe et Démocrite (environ 460 à 370 avant JC), qui ont construit une physique matérialiste, dans laquelle tous les phénomènes observés sont expliqués, non par une action divine, mais par la juxtaposition dans l’espace de particules très petites, les atomes, et de vide dans lequel elles se meuvent. Cette théorie était très novatrice à deux titres : elle imaginait la matière faite de combinaisons d’atomes, et non des quatre éléments, et elle imaginait l’existence du vide. Néanmoins, tout cela restait pure spéculation intellectuelle. Au 19e siècle, les chimistes ont constaté que les corps s’associent selon des proportions fixes et entières (par exemple deux parties de dihydrogène pour une partie de dioxygène donnent deux parties d’eau). Cette loi, énoncée par Proust en 1799, a conduit Dalton à suggérer, en 1803, que les corps sont composés d’atomes, qui se combinent ; un atome étant une partie insécable, on comprend pourquoi les proportions doivent être dans des rapports entiers. La structure des atomes ne fut élucidée qu’au 20e siècle, à l’occasion d’une des plus grandes avancées de la physique (après la théorie de Newton et celle de l’électromagnétisme) : la théorie des quanta, ou physique quantique, ou mécanique quantique.

Plan du chapitre 1. Les atomes 1.1. Rappel sur les atomes 1.2. La radioactivité 1.3. Les modèles historiques de l’atome 2. La lumière 2.1. Aspect ondulatoire de la lumière 2.2. Aspect corpusculaire de la lumière 3. Spectres des atomes 3.1. Interaction entre la lumière et un atome : spectre d’un atome 3.2. Niveaux d’énergie dans les atomes 3.3. Quantification de l’énergie dans l’atome d’hydrogène 3.4. Etude des différentes séries 3.5. Ions hydrogénoïdes 4. Les bases de la mécanique quantique 4.1. Le modèle de l’atome de