Légende de la leçon
Vert : définition.
Problématique
Toute la matière dans l’Univers est constituée d’atomes invisibles à l’œil nu. Mais que sait-on réellement de sa structure ?
I. Rappels de cours
1) L’évolution des modèles atomiques
a) Les premiers modèles
Dès l’Antiquité, Démocrite a l’intuition de l’existence des atomes (atomos signifiant « insécable »). Cette idée, rejetée par Aristote, est finalement reprise en 1805 par John Dalton.
En 1897, Joseph John Thomson prouve expérimentalement l’existence des électrons (particules de charge négative).
Définition
Un modèle est une représentation simplifiée de la réalité d’un phénomène.
b) Le modèle atomique de Rutherford
En 1911, Ernest Rutherford déduit d’une expérience qu’une charge positive occupe un tout petit volume au centre de l’atome qu’il appelle « noyau ». Depuis, d’autres modèles plus complexes ont été développés (modèle de Bohr, etc.).
Dans le modèle atomique de Rutherford, un atome est constitué d’un noyau chargé positivement autour duquel gravitent un ou plusieurs électrons chargés négativement. La charge électrique élémentaire négative est notée .
Un atome est électriquement neutre. Presque toute la masse de l’atome se trouve dans le noyau.
2) La classification périodique
Un atome est représenté par son symbole atomique (ex. : pour le sodium) et caractérisé par un numéro atomique, noté (nombre de charges positives dans son noyau, par ex. : pour le sodium).
Depuis les travaux de Dmitri Mendeleïev en 1869, les chimistes classent les atomes par « familles » en fonction de leur numéro atomique dans un tableau appelé classification périodique.
3) Ions et solutions ioniques
Un ion est un atome (ou un groupement d’atomes) qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.
Il existe donc des ions positifs (cations) et des ions négatifs (anions). Par exemple, le cation a perdu un électron et l’ion est donc globalement positif tandis que l’anion , lui, a gagné une charge négative.
On appelle solution ionique tout liquide qui contient des ions. Elle est notée (formule cation + formule anion) et est toujours électriquement neutre :
- Dans le chlorure de sodium , il y a autant d’ions que d’ions ;
- Dans le chlorure de fer III , il y a trois fois plus d’ions que d’ions .
II. Méthode
Déterminer la nature du courant électrique
Dans chaque atome d’un métal, certains électrons sont éloignés du noyau, donc peu liés à celui-ci : ce sont des électrons libres. Le courant électrique est un déplacement d’ensemble de ces particules chargées négativement.
Lorsque le circuit électrique est fermé, le générateur donne un mouvement d’ensemble aux électrons libres : ils se déplacent tous dans le même sens, c’est-à-dire de la borne vers la borne du générateur. Ce mouvement est à l’origine du courant électrique.
N’y a-t-il pas quelque chose de troublant par rapport au sens conventionnel du courant ?
Solution
Dans un circuit fermé, les électrons libres négatifs sont attirés par la borne +. Ils se déplacent donc de la borne vers la borne . Or, avant que Joseph John Thomson ne prouve expérimentalement l’existence des électrons (en 1897), le sens du courant avait été fixé dans l’autre sens. Pour cette raison, on précise toujours « par convention » quand on définit le sens du courant.