Atomes
La matière qui nous entoure est constituée d'objets appelées atomes en très grand nombre (des milliers de milliards de milliards de milliards d'atomes dans une seule goutte d'eau).Comment imaginer un atome ? On peut se représenter une petite sphère, vu de loin. Un atome est en fait constitué d'un noyau très lourd, mais très petit, entouré de ce qu'on appelle des électrons. On peut imaginer, pour faire simple, que les électrons sont de petites billes qui tournent autour du noyau un peu comme les planètes tournent autour du soleil. La force qui retient les électrons autour du noyau est appellée force électrique. En réalité, les électrons forment ce qu'on appelle un "nuage électronique" autour du noyau : c'est la théorie de la mécanique quantique qui décrit plus précisément comment il faut imaginer ça. Disons que le noyau flotte au milieu d'un "nuage" d'électrons qui l'entoure.
L'essentiel du poids de l'atome est dans le noyau, mille fois plus lourd que le nuage électronique. Mais les noyaux de deux atomes différents ne sont jamais en contact : ce sont les nuages électroniques des deux atomes qui sont en contact, donc ce sont eux qui déterminent comment les atomes vont interagir, et notamment si deux atomes vont rester "collés" ou non. Certains atomes, du fait de leur nuage électronique, sont incapables de rester collés à quoi que ce soit.
|
Il faut donc imaginer une sorte de petite particule très dense, le noyau, engluée dans un léger nuage électronique très vaporeux et malléable. Poétique, non ? |
Le poids est la force qui fait que la terre nous attire. La force électrique fait que les électrons sont attirés par le noyau, et sont un peu comme ses satellites. Un atome est tellement léger, et ses particules encore plus, que l'attraction gravitationnelle entre elles est complètement négligeable.
La force électrique fait aussi que les électrons ont tendance à se repousser entre eux - on dit que c'est parce qu'ils ont une charge négative chacun. La charge d'une particule, c'est pour la force électrique ce qu'est la masse pour la force gravitationnelle. C'est ce que nous explique plus précisément l'électro-magnétisme. Le noyau est constitué de deux types de particules : les protons et les neutrons. Les neutrons sont insensibles à la force électrique. Les protons eux ont une charge plus. Les charges de signes opposés s'attirent, donc les électrons sont attirés par les protons.
Si dans un noyau il y a cinq protons, tant qu'il y aura moins de 5 électrons dans le nuage électronique, il y aura plus de charges plus que de charges moins dans tout l'atome. Donc l'atome sera chargé +, donc il attirera les électrons. Jusqu'à ce qu'il y ait autant d'électrons que de protons dans l'atome.
Le type d'un atome sera donc déterminé par le nombre de protons présents dans son noyau : c'est ce qui décidera du nombre d'électrons que l'atome aura, donc de la façon dont l'atome va agir sur les autres atomes. Et c'est à cette façon d'agir que l'on détermine le type de l'atome, ou élément. Le nombre de protons dans le noyau est appellé numéro atomique. Un seul proton dans le noyau, c'est l'hydrogène, deux c'est l'hélium, huit c'est l'oxygène, etc...
Le poids du noyau est quasiment celui de tout l'atome, puisqu'un proton ou un neutron est mille fois plus lourd qu'un électron. Donc plus le numéro atomique d'un atome est élevé, plus il est lourd. L'hydrogène est l'élément le plus léger, car il ne contient qu'un proton dans son noyau.
Il existe donc un grand nombre d'éléments dans la nature. Certains éléments sont plus rares que d'autres. L'élément le plus commun de l'univers (90%) est l'hydrogène, qui est aussi le plus léger. Mais on ne rencontre dans l'univers qu'un nombre fini d'éléments. On ne trouve pas vraiment d'éléments avec plus de 100 protons dans le noyau, par exemple. Les éléments sont classés par ordre croissant de nombre de protons dans un tableau appelé "classification périodique des éléments", qui résume les caractéristiques de chaque atome et l'organisation du nuage électronique.