Liste des modèles atomiques

Représentation de différents atomes dans le modèle orbital . Les orbitales sont les fonctions d'onde des électrons appartenant à l'atome.

Un modèle atomique est une idée de la structure et de la forme des atomes . L' hypothèse atomique existait déjà dans les temps anciens , selon laquelle les atomes étaient considérés comme les éléments de base indivisibles et immuables de toutes les substances matérielles. L'hypothèse atomique ne pouvait initialement se fonder que sur la préférence philosophique pour un modèle de particules par rapport à l'hypothèse de la divisibilité infiniment continuelle de la matière. Les différentes propriétés des substances matérielles doivent également être attribuées aux combinaisons possibles de quelques types d'atomes. Ce n'est qu'au début du XIXe siècle que les preuves scientifiques de l'existence réelle des atomes sont apparues en chimie et en physique : l'atome était défini comme la plus petite unité d'un élément chimique , et le comportement des gaz, selon la théorie cinétique. de gaz, pourraient être complètement dérivées d'un mouvement désordonné, un grand nombre de molécules identiques , chacune constituée de quelques atomes, peut s'expliquer. En tant que modèle atomique, l'idée d'une petite sphère d'environ 0,1 nm de diamètre et d'environ 10 ^-26  kg de masse était suffisante . Sous cette forme, l'hypothèse atomique avait largement prévalu à la fin du XIXe siècle, lorsque de nouvelles observations avec des faisceaux d'électrons et des substances radioactives ont montré que ces atomes sont eux-mêmes constitués de particules plus petites. L'explication de leur structure interne compliquée a conduit à la mécanique quantique en 1925 , dont les modèles atomiques sont principalement formulés sous forme d'énoncés mathématiques. Lorsqu'on lui a demandé comment imaginer un atome, Werner Heisenberg , l'un des créateurs de la mécanique quantique , a répondu : "N'essayez même pas!"

La liste suivante, classée par ordre chronologique, donne un aperçu. Les principaux modèles ont des articles principaux. Les modèles actuellement utilisés sont également présentés en contexte dans l'article Atom .

• Le modèle de particules de Démocrite (environ 400 avant JC) postule l'existence de différents types de particules solides et indivisibles qui, lorsqu'elles sont combinées de différentes manières, forment les substances connues.

• Le modèle de Dalton (1803) est basé sur les plus petites particules indivisibles qui diffèrent par leur masse selon l'élément et sont liées les unes aux autres dans différentes substances dans certains rapports de nombre (selon le type de substance). Lorsque les substances changent par des réactions chimiques, les atomes ne peuvent que se réorganiser.

• Dans le modèle dynamide (1903), les atomes sont constitués de petits dipôles électriques rotatifs, des dynamides et de l'espace vide entre eux.

• Selon le modèle de l'atome de Thomson (1903), l'atome se compose d'une charge positive uniformément répartie et d'électrons chargés négativement qui se déplacent à l'intérieur. Ce modèle est également connu sous le nom de modèle plumpudding ou modèle de gâteau aux raisins secs en allemand . Cela peut expliquer pourquoi les atomes sont perméables aux faisceaux de particules à haute énergie (comme les rayons cathodiques , les rayons alpha ), car la charge positive est supposée être exempte de matière.

• Dans le modèle planétaire ou modèle de Saturne de Hantaro Nagaoka (1904) se trouve l'atome d'une boule chargée positivement, qui est encerclée par les électrons chargés négativement. Par analogie avec la stabilité des anneaux de Saturne , le modèle postule correctement un noyau très massif, mais postule également à tort un rayonnement d'énergie à travers le mouvement des électrons.

• Dans le modèle atomique Haas'sche de 1910, une première condition quantique a été introduite. L'atome d'hydrogène doit être constitué d'un corps positif chargé de manière homogène (comme avec Thomson), à la surface duquel un électron tourne en cercle. Haas détermine la taille en identifiant - sans autre explication - l'énergie de cet état (potentiel calculé à partir de la position de repos au centre) avec l'énergie d'un photon à la limite des ondes courtes de la série Balmer . La même formule résulte que plus tard dans le modèle atomique de Bohr pour la taille du premier état excité, qui est également l'état de base de la série Balmer.

Modèle atomique de Rutherford : les protons sont dans le noyau atomique. Les électrons sont désordonnés dans la coquille atomique.

• Selon le modèle atomique de Rutherford (1911), l'atome consiste en un très petit noyau atomique chargé positivement, qui contient presque toute la masse de l'atome, et qui est entouré d'une couche atomique d'électrons d'une manière non décrite plus loin. Cela pourrait expliquer l'observation des rares fortes déformations des particules alpha.

• Le modèle de coquille de barklasche (1912) simplifie l'atome de sorte qu'un noyau atomique chargé positivement est entouré de coquilles sphériques dans lesquelles se trouvent les électrons. Seule la coque la plus externe est responsable des propriétés chimiques de l'élément. Aucune déclaration n'est faite sur le mouvement des électrons.

• Selon le modèle de l'atome de Bohr (1913), l'atome est constitué d'un noyau porteur de masse chargé positivement et d'électrons qui tournent autour de lui sur certaines orbites sans émettre d'énergie. Avec l'aide de ce modèle, certains niveaux d'énergie des atomes d'hydrogène ont pu être calculés avec une bonne précision pour la première fois.

En raison du succès du modèle atomique de Bohr, les anciens modèles ne sont pratiquement plus représentés. Le terme modèle atomique signifie généralement un modèle de la coquille atomique. Les modèles pour le noyau atomique ont émergé à partir de 1919 par Rutherford et sont connus sous le nom de modèles de noyau .

• Le modèle atomique de Bohr-Sommerfeld (1916) est une extension du modèle atomique de Bohr, dans lequel certaines orbites elliptiques autour du noyau atomique sont également autorisées.

• Selon le modèle orbital (1928), l'atome est constitué d'un noyau entouré d'électrons en orbitales. La forme des orbitales est donnée par la probabilité spatiale de la présence d'électrons. Au sens strict, une orbitale est une solution stationnaire de l' équation de Schrödinger de mécanique quantique (un état énergétique d'un électron).

• Dans le modèle de Thomas-Fermi (1928), la couche d'électrons est décrite partout comme un gaz de Fermi qui est enfermé dans le puits de potentiel qui résulte de l'attraction électrique des électrons par le noyau.

• Dans certains domaines, les atomes peuvent encore être approximés comme des corps rigides: soit comme des points sans expansion, comme dans la théorie des gaz cinétiques dans le modèle du gaz idéal , soit comme des sphères avec un certain volume et des forces d'attraction, comme dans le Van der Waals gaz . Le modèle correspondant est également appelé modèle de particules ponctuelles ou modèle de sphère incompressible .

• Le modèle de nuage de boule ( modèle atomique de kimballsches , modèle tétraédrique , 1956) est une simplification du modèle orbital pour faciliter l'explication et le calcul des orbitales moléculaires, qui est plus couramment utilisé à l'école.

Modèles du noyau atomique

• Le modèle de gouttelettes (1936) décrit le noyau atomique comme des gouttelettes dans un liquide chargé électriquement.
• Le modèle de la coquille (1949) décrit le noyau atomique en étroite analogie avec le modèle orbital de la coquille atomique.

Littérature

• Károly Simonyi: Histoire culturelle de la physique . Harri Deutsch, Thun, Francfort-sur-le-Main 1995, ISBN 3-8171-1379-X . 
• Helge Kragh: Avant Bohr: Théories de la structure atomique 1850-1913. (= Publications de recherche sur les études scientifiques. RePoSS 10). Département d'études scientifiques, Université d'Aarhus, octobre 2010. (ivs.au.dk)
• Philipp Bohr: Physique. Manuel pour le niveau avancé . 2006, ISBN 3-8334-5041-X . 

liens web

Wiktionnaire: modèle atomique  - explications des significations, origines des mots, synonymes, traductions

Preuve individuelle

1. ↑ Dieter B. Herrmann : Big Bang en laboratoire: comment les accélérateurs de particules simulent la nature . Springer, 2010, ISBN 978-3-642-10314-8 , p. 36 . 
2. ↑ modèle de nuage sphérique - origine et développement ; University of Rostock - Didactics of Chemistry , consulté pour la dernière fois le 12 mai 2021.
3. ^ William B. Jensen: Le modèle de nuage libre de Kimball: une innovation ratée dans l'éducation chimique? ; J. Chem. Educ. 2014, 91, 8, 1106-1124; 22 juillet 2014 , dernière consultation le 12 mai 2021.