L'évolution des modèles atomiques : de Thomson à Bohr

Modèle atomique de Thomson

Suite à la découverte de l'électron lors d'expériences avec des tubes à gaz à basse pression, J.J. Thomson a proposé un modèle atomique simple. Il a identifié des particules chargées négativement, qu'il a nommées électrons. Son modèle décrit l'atome comme une sphère de charge positive uniforme, dans laquelle les électrons sont répartis, assurant ainsi la neutralité électrique de l'ensemble.

Modèle atomique de Rutherford

Le modèle de Rutherford est issu d'expériences de bombardement d'une fine feuille d'or avec des particules alpha. Il a observé que la plupart des particules traversaient la feuille sans déviation, quelques-unes étaient légèrement déviées, et un très petit nombre rebondissaient. Cette observation indique que le volume de l'atome est principalement vide et qu'il contient une petite région dense et chargée positivement, responsable des déviations. Rutherford a donc proposé un modèle atomique avec deux zones distinctes :

• Un noyau central, concentrant la charge positive et plus de 99,9 % de la masse.
• Un nuage électronique (ou cortège électronique) entourant le noyau, où les électrons chargés négativement orbitent.
• Pour que l'atome soit électriquement neutre, le nombre de charges positives dans le noyau doit être égal au nombre d'électrons.

L'hypothèse de Planck et la quantification de l'énergie

L'hypothèse de Planck stipule que l'énergie absorbée ou émise par un corps sous forme de rayonnement électromagnétique est toujours un multiple entier d'une quantité fondamentale, la constante de Planck (h). L'énergie d'un rayonnement électromagnétique n'est pas continue, mais composée de petits paquets d'énergie appelés quanta. Le quantum est la plus petite quantité d'énergie qui puisse être transportée par un rayonnement. Cela signifie que l'énergie est quantifiée.

Modèle atomique de Bohr

En s'appuyant sur le modèle de Rutherford et en appliquant l'hypothèse de Planck, Niels Bohr a établi son propre modèle atomique pour expliquer le spectre d'émission de l'atome d'hydrogène. Ce modèle repose sur trois postulats :

Premier postulat : Orbites circulaires stables

L'atome possède un noyau central qui concentre la charge positive et la quasi-totalité de la masse. L'électron décrit des orbites circulaires autour de ce noyau. La force centrifuge due à la rotation de l'électron est équilibrée par la force d'attraction électrostatique entre le noyau et l'électron.

Deuxième postulat : Quantification du moment angulaire

L'électron ne peut pas orbiter autour du noyau sur n'importe quelle orbite. Seules certaines orbites stables, pour lesquelles le moment angulaire de l'électron est quantifié, sont permises.

Troisième postulat : Émission et absorption d'énergie

Un électron se déplaçant sur une orbite stable n'émet pas d'énergie. L'émission ou l'absorption d'énergie ne se produit que lorsqu'un électron passe d'une orbite stable à une autre. Cette énergie est émise ou absorbée sous la forme d'un quantum d'énergie (un photon), conformément à l'équation de Planck.