James Chadwick

(1891 - 1974)

Le modèle atomique est de plus en plus raffiné. Thomson a découvert l'électron, Rutherford a identifié le proton et Bohr a déterminé l'emplacement des électrons autour du noyau. Une autre énigme reste à solutionner dans le modèle atomique: Comment les protons chargés positivement surmontent-ils la force de répulsion électrique qui devrait normalement les éloigner les uns des autres et provoquer l'éclatement du noyau?

En 1919, la découverte des isotopes avait amené Rutherford à prédire que le noyau devait contenir des particules neutres. De plus, des physiciens avaient découvert un rayon très pénétrant en bombardant le béryllium avec des particules alpha. Toutefois, ce rayon était impossible à détecter directement.

En 1932, le physicien anglais James Chadwick, élève de Rutherford, prouve que ces rayons pénétrants non identifiés par les physiciens contiennent une particule dépourvue de charge électrique et de masse égale à celle du proton. Il la nomme neutron.

Ce sont donc les neutrons qui empêchent l'éclatement du noyau et qui le conservent stable! Cette découverte permettra la production d'une variété de nouveaux radio-isotopes et entraînera les réactions nucléaires en chaînes. Elle mènera directement à la fission nucléaire et à la bombe atomique.

De 1943 à 1945, Chadwick fera de nombreuses recherches sur le développement de la bombe atomique. Il participera aussi au Projet Manhattan.

Modèle de Rutherford-Bohr Le modèle atomique de Rutherford modifié par Bohr et amélioré par Chadwick se nomme le modèle atomique de Rutherford-Bohr. Il est encore en vigueur aujourd'hui et on l'appelle aussi modèle atomique actuel simplifié. Il présente l'atome comme une unité divisible comportant des particules positives (protons) et des particules neutres (neutrons), concentrées dans un noyau minuscule et dense, et des particules négatives (électrons) évoluant sur des couches électroniques.

La masse du proton (p+) égale 1,673 X 10-27 kg ou 1 u (unité de masse atomique). Le numéro atomique ou nombre Z correspond au nombre de protons.

La masse du neutron (n0) égale 1,675 X 10-27 kg ou 1 u.

Le nombre de masse ou nombre A d'un atome correspond au nombre total de nucléons (protons + neutrons) contenus dans son noyau. On néglige la masse des électrons (é-), car leur masse est 1836 fois moindre que celle du proton.

Théorie moderne

Malgré le succès remporté par le modèle de Rutherfor-Bohr, il sera impossible de développer une théorie générale de tous les phénomènes atomiques en se basant sur la mécanique quantique. Erwin Schrödinger partira de l'idée fondamentale de Louis de Broglie d'associer une onde à tout corpuscule pour élaborer les principes de la mécanique ondulatoire. La position, la vitesse et la direction d'un électron ne pouvant pas être définies, on déterminera la probabilité qu'il a de se trouver dans un certain volume de l'espace situé autour du noyau, et que l'on appellera masse électronique. Cette probabilité de présence de l'électron, ou densité électronique, est déterminée en recherchant la fonction qui satisfait une équation aux dérivées partielles du second degré, proposé par Schrödinger.

De plus, plusieurs chercheurs ont apporté des modifications au modèle atomique, de sorte que le modèle de Rutherford-Bohr est maintenant extrêmement raffiné.



Bibliographie

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Bohr

Tableau-synthèse