L'atome

[invite559b2ac6]

Bonjour à tous,

Voilà, je lis beaucoup sur la nature de l’atome et plus j’assimile certains concepts, plus certains point d’interrogations prennent de l’expansion…
Considérant qu’on ignore ce à quoi ressemble un atome (à moins que j’aie manqué un papier important), j’ai beaucoup de mal à comprendre comment on arrive à identifier l’électron, le proton et le neutron et d’arriver à la conclusion que l’atome d’hydrogène ou d’hélium possèdent des quantités justes d’électron(s), de proton(s) et de neutron(s). Il y a les expériences de Bohr, Rutherford et compagnie qui nous éclairent sur le sujet, mais les chiffres et constats semblent changer d’un maître à l’autre et d’une époque à une autre. Si quelqu’un pourrait m’éclairer sur le sujet ou encore me rediriger vers un lien Internet sur le sujet j’apprécierais grandement.

Merci!
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[Deedee81]

Salut,

Voilà, je lis beaucoup sur la nature de l’atome et plus j’assimile certains concepts, plus certains point d’interrogations prennent de l’expansion…
Considérant qu’on ignore ce à quoi ressemble un atome (à moins que j’aie manqué un papier important),

Non, on sait très bien comment est un atome. Sa description théorique est très claire. Et on sait parfaitement décrire ses interactions avec la lumière (donc à quoi il "ressemble").
On sait d'ailleurs en obtenir des images directement avec des microscopes à effet tunnel (pour être exact il ne s'agit pas d'une image obtenue avec la lumière, l'atome est un peu petit pour ça et on ne verrait pas grand chose si ce n'est une tache floue, mais avec ses propriétés électroniques).

La seule chose, celle qui t'a sans doute interpellé, est que la description théorique ne peut se faire avec la physique classique (la physique du quotidien) mais avec la physique quantique où des notions classiques comme position, trajectoires,... deviennent "floues" (il y a un sens technique précis à ce terme).

j’ai beaucoup de mal à comprendre comment on arrive à identifier l’électron, le proton et le neutron et d’arriver à la conclusion que l’atome d’hydrogène ou d’hélium possèdent des quantités justes d’électron(s), de proton(s) et de neutron(s).

Houlà, il y a de quoi remplir un gros livre rien qu'avec cette question (ou plutôt avec la réponse). C'est tout l'histoire de la chimie et de la physique atomique qui se cache la derrière.

Je donne juste quelques pistes. La découverte des électrons a été faites au dix-neuvième siècle avec les rayons cathodiques. Ils ont permis de vérifier que les électrons se comportaient de manière balistique et de mesurer ses propriétés. On connaissait l'électricité bien avant mais sa nature était jusque là restée mystérieuse.

La structure de l'atome a été l'objet de la chimie (Dalton en particulier dans les pionniers) puis de la spectroscopie, de la physique atomique et de la physique nucléaire avec la découverte des protons et des neutrons (Chadwick pour ce dernier).

Il faut bien entendu citer Rutherford, tu l'as fait.

Mais il faut aussi y ajouter quelques bon milliers d'expériences qui ont permises d'élucider progressivement la structure des atomes et de leur noyau (ionisation des atomes, transmutations nucléaires, radioactivité et j'en passe et des meilleures).

Il y a les expériences de Bohr, Rutherford et compagnie qui nous éclairent sur le sujet, mais les chiffres et constats semblent changer d’un maître à l’autre et d’une époque à une autre. Si quelqu’un pourrait m’éclairer sur le sujet ou encore me rediriger vers un lien Internet sur le sujet j’apprécierais grandement.

Que les chiffres et constats aient changés d'une époque à l'autre, quoi d'étonnant ? La science c'est un processus d'accumulation des connaissances et d'amélioration des modèles. Parfois avec des changements importants.

Si tu as un exemple précis en tête, n'hésite pas à les citer.

Pour les sites, le mieux est encore de commencer par Wikipedia, très complet sur ce sujet, et voir aussi les liens externes et références indiquées dans Wikipedia. C'est extrêmement vaste.

[invite559b2ac6]

Bonjour Dd,

D’accord l’atome est trop petit pour être perçu, un peu comme un satellite qui passe devant le Soleil en plein jour et qui pourtant ne projette aucune ombre sur Terre, mais plus compliqué.
Alors, lorsqu’on dit par exemple que l’atome d’hélium mesure 62 pm, est-ce exact, au point de ne pas douter de l’indivisibilité de ce dernier (sans en changer les propriétés du nucléide)? Peut-on dire : voilà, juste là, c’est un atome de fer, plus petit que ça n’existe pas, plus petit que ça, ce n’est plus un atome de fer.

Réaction nucléaire.
En lien avec ce qui précède, lorsque par exemple on bombarde du nitrogène de particules alpha et qu’on obtient de l’oxygène (grosso-modo), est-ce vraiment de l’oxygène qui est créé ou un isotope instable qui se comporte de la même façon (considérant que les données mathématiques concordent, on suppose que c’est de l’oxygène).

Merci pour votre temps!

J. T

[curieuxdenature]

Réaction nucléaire.
En lien avec ce qui précède, lorsque par exemple on bombarde du nitrogène de particules alpha et qu’on obtient de l’oxygène (grosso-modo), est-ce vraiment de l’oxygène qui est créé ou un isotope instable qui se comporte de la même façon (considérant que les données mathématiques concordent, on suppose que c’est de l’oxygène).

Bonjour

Tu mentionnes la première réaction nucléaire de transmutation artificielle faite par Rutherford en 1919, ce n'est plus une supposition :
réaction qui s'écrit ₂He⁴ + ₇N¹⁴ -> ₈O¹⁷ + ₁H¹
avec un déficit d'énergie qui impose des particules Alpha d'au moins 1.2 MeV d'énergie cinétique.
et c'est bien un isotope stable de l'oxygène qui est créé, avec l'analyse spectroscopique on en est certain.

Sur Terre la proportion de l'oxygène est de 99.757% de O¹⁶; 0.205% de O¹⁸ et 0.038% de O<sup>17

Il a fallu plusieurs décennies pour établir la composition isotopique et la masse de chacun des éléments chimiques, avec 7 chiffres derrière la virgule.</sup>

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite559b2ac6]

Bonjour curieux,

Voilà, tu reprends la formule dans son ensemble. Est-il donc possible de produire une tonne de ₈O¹⁷ , le stocker et le réutiliser disons un mois plus tard, comme on pourrait le faire avec du blé?

J’ai la nette impression que ce faire serait inutile et nocif, mais en théorie?

De plus, je me demandais, est-il possible de produire de l’O¹⁶, ou est-ce au-delà de nos capacités?

[Deedee81]

Salut,

Non, on sait tout produire, pas de problème. On sait même fabriquer de l'or avec du plomb (voilà un rêve bien ancien).

Mais c'est rarement utile pour trois raisons :
- ça coute chers
- on produit de faibles quantités (en fait c'est le pendant de la première raison)
- on obtient des mélanges remplis de toutes sortes d'isotopes pas toujours faciles à purifier/séparer. Personne n’achèterait un lingot d'or ou une bouteille d'oxygène hautement radioactif

Par contre, c'est très utile pour la production de toutes sortes de radio-isotopes à usage médical. Je passe tous les jours en face de Fleurus où il y a une usine où l'on effectue la préparation, séparation,.... de tels éléments pour les hôpitaux.

Un autre usage est la recherche fondamentale
- étude de la vallée de stabilité
- analyse des noyaux fortement déformés
- synthèse d'éléments hyper lourds nouveaux

[curieuxdenature]

Voilà, tu reprends la formule dans son ensemble. Est-il donc possible de produire une tonne de ₈O¹⁷

Bonjour

en complément, je dirais que tout se calcule et tu vas voir que ça risque de prendre pas mal de temps et d'argent.
Chaque particule Alpha est susceptible de donner un atome d'oxygène, peu importe qu'il soit 16, 17 ou 18, chimiquement parlant c'est de l'oxygène.
Pour produire un atome-gramme, soit 17 grammes il faut 6 10^23 particules Alpha.
Rutherford utilisait une quantité infime de polonium 210 comme source Alpha, dont un gramme produit 1.66 10^14 Alpha.
Je te laisse calculer le nombre de millénaires pour produire une tonne d'O17...

[Deedee81]

Salut,

Ca me fait penser à certaines techniques de synthèse des matériaux où l'on dépose les atomes couches par couches pour donner une nanostructure. Ca marche bien pour les couches minces, mais au-delà, il faut être trèèèèèèèès patient.

[invite48da8aab]

oui mon prof m'a montrer une vidéo est comme a dit deedee pour les grandes structures ça prend du temps par exemple : un être humain a reconstitué grâce au bottom up ça prendrais des milliards d'année!!!
cependant l'évolution des nano-structures et des nano-technique vont ce développer : on parle déjà de nanovoiture pour aller plus vite a faire du bottom up affaire à suivre

[Deedee81]

on parle déjà de nanovoiture

Des courses sont même organisées
(je ne me moque pas là, c'est vrai. Je n'ai pas de référence, mais ça doit être facile à trouver sur le net).

[inviteafe88240]

Bonjour, je suis jeune et est 17 ans. J'adore l’Astrophysique. J'ai de bonne connaissance de la Relativité Restreinte(algèbre linéaire,groupe, transformations de Lorentz, espace et métrique de Minkowski etc.). et en Relativité Générale(covariance généralisée, des bases de géométrie Riemannienne mais peut de topologie j'ai surtout étudié les variétés différentiel lisse, du calcul tensoriel et vectoriel poussé, et d'autres notions comme la connexion, les géodésiques, la dérivée covariante, les tenseurs de courbure, l'action d'Hilbert, des connaissances sur le principe de moindre action, la métrique de Schwarzschild et quelques unes de ces applications.).

Côtés Mécanique Quantique : j'en suis au bases : je sais que l’état d'un système est données par une fonction d'onde de carré sommable, dont le module au carré représente la probabilité de présence du système en un point de l'espace temps, un états stationnaire est un états dont le module au carré est invariants dans le temps, en générale les états stationnaire forme un ensemble discret ils sont quantifiable, on définis des opérateurs observable qui agissent sur les états et dont les valeurs propre sont les valeurs Physique que l'on peut observer mesurer, on peut diagonaliser ces opérateurs dans des bases qui en général sont formés des états stationnaire(se sont leurs vecteurs propre.). ; si plusieurs vecteurs sont des vecteurs propre d'un opérateurs linéaire associer à la même valeurs propre toutes combinaison linéaire des ces vecteurs propre ont la même valeurs propre l'opérateur étant linéaire, cette une valeurs propre dégénérés, on a un sous espace propre dégénérés.
J'ai étudié la boîte de potentiel et l'atome d'hydrogène. Les opérateurs moments cinétique. J'en suis au spin et peine. Il me manque des notions de théorie des groupes. J'en suis bientôt à Dirac.

Pourrais t on gardez le contact je vous prie? Vous m'avez l'air d'être très intéressants et curieux.

Merci d'avance et bonne après midi.

[invite559b2ac6]

Merci à tous pour vos réponses.

Êtes-vous certains qu’il existe des courses de voitures nano plutôt que des voitures de courses nano? Voilà un lien que j’ai trouvé sur le sujet: http://www.newscientist.com/blogs/ns...n-minutes.html

En lien avec la réaction nucléaire et les isotopes, j’aurais deux dernières questions si ça ne vous embête pas. Le deutérium et l’eau lourde sont-ils radioactifs? À quelle fréquence (si le terme s’applique)?

j’ai beaucoup de mal à comprendre comment on arrive à identifier l’électron, le proton et le neutron et d’arriver à la conclusion que l’atome d’hydrogène ou d’hélium possèdent des quantités justes d’électron(s), de proton(s) et de neutron(s).

J’ai sensiblement tout lu à propos du sujet dans la bibliothèque Internet. Est-ce que quelqu’un connaîtrait un titre qui ne serait pas trop compliqué (formules avancées) sans être vulgaire?

Merci encore,
J.T

[invitecaafce96]

Le deutérium et l’eau lourde sont-ils radioactifs?
J.T

Non radioactifs .

[Deedee81]

Salut,

Êtes-vous certains qu’il existe des courses de voitures nano plutôt que des voitures de courses nano?

Oui, oui. J'avais lu un article (malheureusement pas moyen de me souvenir où) décrivant le résultat d'un tel concours. Ca m'avait fait rire car je m'imaginais les participants les yeux rivés sur un écran de microscope à effet tunnel, observant une piste plus petite qu'une poussière et faisant des bonds pour encourager leur véhicule

Me souviens plus du nom du gagnant (des gagnants plutôt, forcément un laboratoire).

[Deedee81]

Je viens de trouver un article parlant d'organiser une telle course (dans Le Monde). Ma mémoire me joue donc peut-être un tour (de piste ?).

Donc, ça reste à confirmer.

Mais l'idée est sympa quand même

[invite559b2ac6]

Très sympa ouais, avec un annonceur et des gageures, il ne manquera plus qu'un nano parrain

[acx01b]

Non, on sait très bien comment est un atome.

Je ne suis pas d'accord. On ne connait pas les équations exactes qui régissent l'univers. Ce qu'on sait c'est que beaucoup de choses sont en accord avec la vision quantique de l'atome (en tout cas c'est ce que disent les physiciens, moi je n'ai pas le niveau pour vérifier même si je les crois). Il y a forcément une liste d'expériences décisives concernant la nature mathématique et physique (dont sa représentation spatiale) de l'atome. Et pour un matheux ça serait beaucoup plus agréable d'étudier la physique comme ça qu'en étudiant des modèles/équations supposées vraies (ou approximativement vraies, dans certains contextes) dès le départ. Les physiciens oublient souvent que la première question que se pose quelqu'un qui étudie la physique est "comme tu sais tout ça, comment savoir que tu ne te fous pas de ma gueule quand tu parles de physique quantique, d'électrons, et autres" ? C'est dommage car la physique est une science plutôt rigoureuse, mais par exemple à la fac ce n'est pas enseigné comme ça, les expériences fondamentales sont trop souvent mises de côté comme si il n'y avait pas besoin de remettre en question les expériences importantes ainsi que les modèles théoriques actuels. Sauf que la physique a toujours évolué grâce à des gens qui ont remis en question les modèles et expériences de leur époque.

[Deedee81]

Salut,

Je ne suis pas d'accord. On ne connait pas les équations exactes qui régissent l'univers.

On ne parlait pas de l'univers, on parlait de l'atome. Restons modeste.

Pour ce qui est décrire et définir un atome, sa structure, ses comportements, si si, on sait très bien comment c'est : équation de Schrödinger, équation de Dirac, théorie quantique des champs et tout ça.

Ce ne sont que des modèles, en constante évolution souvent (c'est le cas encore pour le noyau, assez difficile à modéliser). Mais justement, un modèle sert aussi à ça : à décrire ce qu'est l'atome. Et on en a une très bonne description (traduction : qui correspond aux centaines de milliers d'expériences sur le sujet).

[...] Sauf que la physique a toujours évolué grâce à des gens qui ont remis en question les modèles et expériences de leur époque.

Oui, mais, pas n'importe comment. Toujours :
- suite à des résultats expérimentaux (parfois de nouvelles observations, parfois c'est juste une amélioration des précisions)
- en connaissant les travaux théoriques de leur époque (et parfois c'est une continuation. L'exemple bateau est la relativité générale qui est l'enfant légitime de la relativité restreinte et de la théorie de la gravitation)

Toujours. Il n'y a absolument aucune exception dans toute l'histoire.

On ne peut comprendre l'univers (ou l'atome, gasp, j'avais déjà oublié ) qu'en étudiant, en expérimentant,....

[invite559b2ac6]

Bonjour,

Si on prend l’expérience de Rutherford par exemple, avec la feuille d’or et les particules alpha, je ne peux m’empêcher de penser (l’esprit scientifique le demande) que les résultats sont très spéculatif et très peu empiriques. Est-ce que ce n’est pas un peu comme lancer des cacahuètes à un singe encagé qu’on a déjà nourri? À force de lancer des cacahuètes (ou particules alpha), évidemment que le macaque va vous en retourner quelques-unes en pleine gueule, ou encore, si par chance une cacahuète atterrit dans une de ses oreilles, vous ne la reverrez pas de sitôt.

Si on ne peut s’entendre sur les réelles dimensions de l’atome (son squelette, sa charpente), quelle valeur doit-on attribuer aux chiffres/résultats obtenus? Est-ce qu’il n’y a pas beaucoup de suppositions et de superpositions?

Cordialement,
J.T

[acx01b]

Pour ce qui est décrire et définir un atome, sa structure, ses comportements, si si, on sait très bien comment c'est : équation de Schrödinger, équation de Dirac, théorie quantique des champs et tout ça.

Alors dans ce cas viens répondre à ma question sur la grande différence de potentiel redox entre Zn/Zn2+ et Cu/Cu2+ alors qu'ils sont voisins dans le tableau périodique, et pourquoi le cuivre est une des exceptions à la régle de remplissage des sous-couches ?!!!!

http://forums.futura-sciences.com/ph...different.html

[Deedee81]

Salut,

Si on prend l’expérience de Rutherford par exemple, avec la feuille d’or et les particules alpha, je ne peux m’empêcher de penser (l’esprit scientifique le demande) que les résultats sont très spéculatif et très peu empiriques. Est-ce que ce n’est pas un peu comme lancer des cacahuètes à un singe encagé qu’on a déjà nourri? À force de lancer des cacahuètes (ou particules alpha), évidemment que le macaque va vous en retourner quelques-unes en pleine gueule, ou encore, si par chance une cacahuète atterrit dans une de ses oreilles, vous ne la reverrez pas de sitôt.

Attention, l'expérience de Rutherford ne se limite évidemment pas à dire "tiens quelques alphas sont passés". Il y a une analyse statistique approfondie (utilisant en particulier le concept de section efficace). C'est surtout cela le résultat : la découverte que la section efficace du noyau était rikiki, beaucoup plus petite que ce que l'on croyait.

Ceci dit, cette expérience faite par un expérimentateur remarquable (Rutherford n'affirmait jamais rien s'il ne l'avait pas d'abord vu sur un cadran de mesure, il détestait les hypothèses) n'a apporté qu'un tout petit éclairage sur la structure de l'atome.

Mais, bon, c'était une des premières indications, alors elle était précieuse.

Si on ne peut s’entendre sur les réelles dimensions de l’atome (son squelette, sa charpente), quelle valeur doit-on attribuer aux chiffres/résultats obtenus? Est-ce qu’il n’y a pas beaucoup de suppositions et de superpositions?

Là, c'est effectivement plus compliqué car un atome ce n'est pas une boule de billard bien dure. Mais il y a tout de même des chiffres précis. Si ce n'est que c'est chiffres s'accompagnent d'explications et autres chiffres expliquant ce que cela mesure vraiment (par exemple le rayon électromagnétique, la section efficace avec des photons de telle ou telle énergie, etc... etc...).

Mais il y a quand même un mystère, j'ai failli l'oublier celui-là : le rayon du proton. Découverte récente. En utilisant des muons on a découvert que le proton n'avait pas la même taille qu'en utilisant des électrons. Mystère encore non résolu (ou bien il y a un truc qu'on ne comprend pas dans le proton, ou bien il y a un truc qu'on ne comprend pas dans les muons. Dans l'un ou l'autre cas, ça cache certainement quelque chose de fort intéressant).

Alors dans ce cas viens répondre à ma question sur la grande différence de potentiel redox entre Zn/Zn2+ et Cu/Cu2+ alors qu'ils sont voisins dans le tableau périodique, et pourquoi le cuivre est une des exceptions à la régle de remplissage des sous-couches ?!!!!
http://forums.futura-sciences.com/ph...different.html

Le fait que "on" (les physiciens, la communauté, la science, a traduire selon son humeur ) connaissent bien l'atome ne signifie pas que moi je connaisse tout de l'atome. Je connais fort bien la mécanique quantique. Un peu moins bien la physique nucléaire. Mais je suis assez médiocre en chimie (que je n'ai plus pratiqué depuis un quart de siècle). Alors, non, je ne saurais pas répondre.

Pour le remplissage des sous-couche, j'ai déjà potassé, mais je n'ai pas en tête tous les détails. C'est connu d'assez longue date car Bohr avait déjà donné les explications (non pas en utilisant sa théorie hybride mais après la naissance de la MQ moderne !!!!). Il faudrait retrouver les articles qui en parlent.

Je n'ai pas le cours de Feynman sous la main ici mais il donne l'explication pour les atomes légers sur base des travaux de Bohr et il doit donc y avoir une référence sur ces travaux à la fin du bouquin.

J'aimerais aussi ajouter un autre bémol à ce qui a été dit. Ce n'est évidemment pas parce que l'on a des théories solides confirmées dans toutes expériences qu'on sait tout calculer avec. Théories, expériences et calculs sont les trois pattes du canard science Et les calculs sont parfois malheureusement, eux, très difficile et nécessitent tant des algorithmes sophistiqués, tant des méthodes d'approximations que des bécanes surpuissantes. C'est un des principaux problème rencontré avec le cortège électronique atomes lourds (difficile de prédire exactement les propriétés des atomes superlourds synthétisés), avec les noyaux (l'interaction forte est une salle bête pour les calculs) ou en chimie quantique (nombreux atomes).

C'est le même problème qu'en météo. On a les équations de Navier-Stokes (oui, oui, je sais, là aussi il y a un problème théorique qui vaut un million de dollars ) mais les résoudre c'est une autre paire de manche.

Si c'est ce point de vue que tu soulevais, savoir tout calculer, alors là oui, tu as raison, on ne sait pas tout faire (tant mieux d'ailleurs, sinon où serait le plaisir de la recherche )