MODÈLE ATOMIQUE DE PERRIN: CARACTÉRISTIQUES, POSTULATS - CHIMIE - 2025

Le modèle atomique Perrin comparait la structure de l'atome à un système solaire où les planètes seraient les charges négatives et le Soleil serait une charge positive concentrée au centre de l'atome. En 1895, l'éminent physicien français a démontré le transfert de charges négatives par les rayons cathodiques vers la surface sur laquelle ils frappaient.

Avec cela, la nature électrique des rayons cathodiques a été démontrée et a mis en lumière la nature électrique de l'atome, en le comprenant comme l'unité la plus petite et indivisible de la matière. En 1901, Jean Baptiste Perrin a suggéré que l'attraction des charges négatives entourant le centre (charge positive) est contrecarrée par la force d'inertie.

Jean Baptiste Perrin

Ce modèle a ensuite été complété et perfectionné par Ernest Rutherford, qui a affirmé que toute la charge positive de l'atome était située au centre de l'atome et que les électrons en orbite autour.

Cependant, ce modèle présentait certaines limites qui ne pouvaient pas être expliquées à l'époque, et le modèle a été pris comme base par le physicien danois Niels Bohr pour proposer son modèle en 1913.

Caractéristiques du modèle atomique Perrin

Les caractéristiques les plus importantes du modèle atomique de Perrin sont les suivantes:

- L'atome est constitué d'une grosse particule positive au centre de celui-ci, dans laquelle se concentre l'essentiel de la masse atomique.

- Plusieurs charges négatives orbitent autour de cette charge positive concentrée qui compensent la charge électrique totale.

La proposition de Perrin compare la structure atomique à un système solaire, où la charge positive concentrée remplirait le rôle du Soleil et les électrons environnants rempliraient le rôle des planètes.

Perrin a été le pionnier en suggérant la structure discontinue de l'atome en 1895. Cependant, il n'a jamais insisté pour concevoir une expérience qui aiderait à vérifier cette conception.

Expérience

Dans le cadre de sa formation doctorale, Perrin a été assistant de physique à l'École Normale Supérieure de Paris entre 1894 et 1897.

À ce moment-là, Perrin a développé la plupart de ses recherches en testant la nature des rayons cathodiques; c'est-à-dire si les rayons cathodiques étaient des particules chargées électriquement ou s'ils prenaient la forme d'ondes.

Rayons cathodiques

L'expérience des rayons cathodiques est née de la recherche sur les tubes de Crookes, une structure inventée par le chimiste anglais William Crookes dans les années 1870.

Le tube de Crookes est composé d'un tube de verre qui ne contient que des gaz à l'intérieur. Cette configuration comporte une pièce métallique à chaque extrémité, et chaque pièce est connectée à une source de tension externe.

Lorsque le tube est sous tension, l'air à l'intérieur de celui-ci s'ionise et, par conséquent, il devient conducteur d'électricité et ferme le circuit ouvert entre les électrodes d'extrémité.

À l'intérieur du tube, les gaz prennent une apparence fluorescente, mais jusqu'à la fin des années 1890, les scientifiques n'étaient pas certains de la cause de ce phénomène.

À ce moment-là, on ne savait pas si la fluorescence était due à la circulation de particules élémentaires à l'intérieur du tube, ou si les rayons prenaient la forme des ondes qui les transportaient.

Les enquêtes de Perrin

En 1895, Perrin reproduisit les expériences sur les rayons cathodiques en connectant un tube à décharge à un récipient vide plus grand.

De plus, Perrin a placé une paroi imperméable pour les molécules ordinaires et a répliqué la configuration de Crookes en plaçant une cage de Faraday, contenue dans une chambre de protection.

Si les rayons traversaient la paroi imperméable pour les molécules ordinaires à l'intérieur de la cage de Faraday, il serait automatiquement montré que les rayons cathodiques étaient composés de particules fondamentales chargées électriquement.

Méthode de vérification

Pour corroborer cela, Perrin a connecté un électromètre près de la paroi imperméable pour mesurer les charges électriques qui seraient produites lorsque les rayons cathodiques l'atteindraient.

Lors de la conduite de l'expérience, il a été mis en évidence que l'impact des rayons cathodiques contre la paroi imperméable induisait une petite mesure de charge négative dans l'électromètre.

Par la suite, Perrin a dévié le flux de rayons cathodiques en forçant le système en induisant un champ électrique, et a forcé les rayons cathodiques à se heurter à l'électromètre. Lorsque cela s'est produit, le compteur a enregistré une charge électrique considérablement plus élevée par rapport au record précédent.

Grâce aux expériences de Perrin, il a été démontré que les rayons cathodiques étaient constitués de particules à charges négatives.

Plus tard, au début du 20e siècle, JJ Thomson a officiellement découvert l'existence d'électrons et leur relation charge-masse, sur la base des recherches de Perrin.

Postulats

En 1904, le scientifique britannique JJ Thomson a énoncé sa proposition de modèle atomique, également connu sous le nom de modèle de pudding aux prunes.

Dans ce modèle, la charge positive était comprise comme une masse homogène et les charges négatives seraient dispersées aléatoirement sur ladite masse positive.

Dans l'analogie, la charge positive serait la masse du pudding, et les charges négatives seraient représentées par les prunes. Ce modèle a été réfuté par Perrin en 1907. Dans sa proposition, Perrin indique ce qui suit:

- La charge positive n'est pas étendue dans toute la structure atomique. Au contraire, il est concentré au centre de l'atome.

- Les charges négatives ne sont pas dispersées dans tout l'atome. Au lieu de cela, ils sont disposés de manière ordonnée autour de la charge positive, vers le bord extérieur de l'atome.

Limites

Le modèle atomique de Perrin a deux restrictions majeures, qui ont été surmontées par la suite grâce aux contributions de Bohr (1913) et de la physique quantique.

Les limites les plus importantes de cette proposition sont:

- Il n'y a aucune explication pour laquelle la charge positive reste concentrée au centre de l'atome.

- La stabilité des orbites des charges négatives autour du centre de l'atome n'est pas comprise.

Selon les lois électromagnétiques de Maxwell, les charges négatives décriraient des orbites en spirale autour des charges positives, jusqu'à ce qu'elles les heurtent.

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Références

1. Jean Perrin (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Récupéré de: britannica.com
2. Jean Baptiste Perrin (20014). Encyclopédie de la biographie mondiale. Récupéré de: encyclopedia.com
3. Kubbinga, H. (2013). Un hommage à Jean Perrin. © Société européenne de physique. Récupéré de: europhysicsnews.org
4. Modèle atomique (sf). La Havane Cuba. Récupéré de: ecured.cu
5. Perrin, J (1926). Structure discontinue de la matière. Nobel Media AB. Récupéré de: nobelprize.org
6. Solbes, J., Silvestre, V. et Furió, C. (2010). Le développement historique des modèles d'atomes et de liaisons chimiques et leurs implications didactiques. Université de Valence. Valence Espagne. Récupéré de: ojs.uv.es