Modèle(s) de l’atome

1 Prologue : querelles entre atomistes et énergéticiens

2 Découverte de l’électron

2.1 Les rayons cathodiques avant 1895

L’électron a été découvert en étudiant les rayons cathodiques, qui apparaissent lors d’une décharge électrique dans un gaz à faible pression (de l’ordre de la centaine de pascals ou moins), sous une tension de quelques kiloVolts ou dizaines de kV. Pendant plus d’un demi-siècle, leur nature a fait débat.

Premières observations. Faraday étudie la lueur de la décharge sous vide à la fin des années 1830 et constate, avec de La Rive, qu’un aimant la dévie. Plücker, puis son élève Hittorf, poursuivent ces travaux : en 1869, Hittorf établit que le rayonnement est émis par la cathode et se propage en ligne droite. Un obstacle placé sur son trajet projette une ombre nette sur la paroi de verre, qui devient fluorescente sous l’impact des rayons (figure ci-dessous). En 1879, Crookes perfectionne les tubes, qui porteront désormais son nom, et défend l’idée que ces rayons sont formés de matière chargée négativement, qu’il appelle « matière radiante ».

(a) Tube éteint.

(b) Tube en fonctionnement.

Deux écoles. À la veille de 1895, deux interprétations s’opposent :

L’argument de Goldstein se quantifie. Pour des molécules de diamètre $𝑑$ dans un gaz de pression $𝑝$ et de température $𝑇$, le libre parcours moyen vaut

Avec $𝑝=100\text{Pa}$, $𝑇=300\text{K}$ et $𝑑\approx 3\times {10}^{-10}\text{m}$, on obtient $\ell \approx {10}^{-1}\text{mm}$. Des molécules chargées devraient donc subir des milliers de collisions sur la longueur d’un tube, et leur trajectoire ne pourrait pas être rectiligne.

2.2 Thomson …

2.3 Expérience de Millikan : quantification de $𝑒$

3 Modèle de l’atome de Thomson

4 Expérience de Rutherford et changement de modèle

4.1 Expérience de Rutherford

4.2 Modèle de l’atome de Rutherford

5 Modèle de l’atome de Bohr : quantification de l’énergie

6 Effet(s) Zeeman