yassinesaili
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 | موضوع: la matiére  4/5/2009, 15:36 | |
| l’air que nous respirons à l’eau que nous buvons, tout est matière. Tout est assemblage plus ou moins complexe, plus ou moins dense de petits éléments invisibles à l’œil nu.
La physique et la chimie sont les sciences qui étudient la matière, sa nature, sa structure et ses différents états. L’étude de la matière est une invitation au voyage dans l’infiniment petit…
LA NATURE DE LA MATIÈRE
Dès l’Antiquité, les Grecs ont cherché à comprendre la nature physique de la matière.
La matière est constituée d’atomes
Au ve siècle avant J.-C., le philosophe Démocrite énonce une étonnante définition de la matière, qui reste globalement vraie encore aujourd’hui : « la matière est constituée d’une multitude de petits corps invisibles, indivisibles et éternels ».
Ces petits corps sont les atomes, du mot grec atomos qui signifie « indivisible ». Démocrite considère que l’atome est le constituant de base de toutes choses, le « grain » de matière élémentaire.
Voir les atomes
Au cours des siècles suivants, les scientifiques cherchent à en savoir plus sur la nature exacte des atomes. Mais les atomes ne peuvent être observés directement, du fait de leur très petite taille.
Pour les étudier, ils font donc appel à différentes techniques : tout d’abord les techniques de séparation et de purification des alchimistes, au Moyen Âge ; puis, aux xviie et xviiie siècles des techniques d’analyse de la chimie moderne, qui étudie et décrit les atomes ou les assemblages d’atomes (molécules), et leurs façons de réagir entre eux.
Les éléments chimiques
Au cours des xixe et xxe siècles, les savants découvrent l’existence d’une très grande variété d’atomes, aux propriétés physiques (taille, masse, etc.) très différentes : les éléments chimiques. Il existe plus d’une centaine d’éléments chimiques, comme le fer, l’oxygène, l’hydrogène, le calcium, l’uranium, etc.
LA STRUCTURE DE LA MATIÈRE
En fait, la matière est constituée d’une multitude de particules dites élémentaires (comme les électrons, les protons, les neutrinos, les quarks, etc.).
Ces particules interagissent entre elles et certaines s’associent pour former des atomes. Les atomes peuvent aussi s’assembler pour former des molécules, qui peuvent s’associer à leur tour en macromolécules…, le tout constituant la matière.
D’une manière générale, l’atome est considéré comme l’unité de base pour étudier la matière.
Les atomes
Il est possible de se représenter l’atome comme une très petite sphère dont le rayon varie, selon l’élément chimique considéré, de 50 à 300 picomètres. Le picomètre (pm) est une très petite unité de longueur, puisqu’il faut 1 000 milliards de picomètres pour faire un mètre.
La masse d’un atome est à la mesure de sa taille, c’est-à-dire extrêmement petite : il faudrait par exemple rassembler 600 millions de milliards de milliards d’atomes d’hydrogène pour obtenir un kilogramme d’hydrogène.
Le modèle atomique de Rutherford
Toutes les particules possèdent des propriétés physiques particulières, comme la masse ou la taille, et pour certaines une charge électrique, positive ou négative.
Lorsqu’en 1911 le physicien anglais Ernest Rutherford fait passer à travers une feuille d’or des particules de charges positives, il s’aperçoit que très peu d’entre elles sont déviées par les atomes de la feuille d’or : environ une sur 100 000.
Il en déduit que les atomes sont principalement constitués de vide et qu’ils contiennent en leur centre un noyau atomique, porteur également de charges positives ; ce noyau, qui est 100 000 fois plus petit que l’atome, est responsable des rares déviations constatées.
Un élément chimique est électriquement neutre. Si son noyau est chargé positivement, c’est donc que l’atome est également porteur de charges électriques négatives qui s’ajoutent et annulent les charges positives du noyau : ces particules chargées négativement sont les électrons.
Le modèle atomique de Bohr
En 1913, le physicien danois Niels Bohr compare la structure d’un atome à celle du Système solaire.
Au centre, le noyau est comparé au Soleil, tandis qu’à sa périphérie gravitent les électrons, tels de petites planètes : c’est le « nuage électronique ».
Ce modèle de la structure atomique des atomes a été depuis amélioré et précisé avec l’arrivée de la mécanique quantique ; mais il permet néanmoins de comprendre bon nombre des phénomènes observés.
Protons, neutrons et électrons
Les particules constituant un atome sont de trois types : les électrons (chargés négativement), les protons (chargés positivement) et les neutrons (sans charge électrique).
Les protons et les neutrons, encore appelés nucléons, constituent le noyau de l’atome. Les protons sont à l’origine de la charge positive du noyau. Leur charge électrique est identique à celle d’un électron : c’est la charge électrique élémentaire, notée e. Seul son signe change : -e pour les électrons, +e pour les protons. Pour qu’un atome soit électriquement neutre, c’est-à-dire sans charge électrique apparente, il doit donc être constitué d’un nombre identique d’électrons et de protons : c’est le nombre de charge ou numéro atomique, noté Z.
Le nombre de neutrons contenus dans le noyau, noté N, est indépendant de Z. Le nombre de nucléons de l’atome (c’est-à-dire le nombre de protons et de neutrons), appelé nombre de masse et noté A, est donc : A = Z + N. La masse d’un électron est environ 2 000 fois plus petite que celles des protons et des neutrons qui sont, quant à elles, presque identiques. La masse d’un atome est donc très proche de celle de ses nucléons ; par conséquent, elle ne dépend que du nombre de masse.
Atomes, molécules, matière
Les électrons d’un atome lui confèrent des propriétés chimiques qu’il est possible d’identifier en le mettant en contact avec d’autres atomes ou éléments chimiques.
Beaucoup d’atomes peuvent par exemple se regrouper entre eux pour former des molécules, comme le CO2 (dioxyde de carbone) ou le NaCl (chlorure de sodium, autrement dit le sel de cuisine).
Certaines molécules peuvent également réagir entre elles au cours de réactions chimiques pour donner d’autres molécules, en consommant ou en produisant parfois de l’énergie. Les différentes formes de matières que nous connaissons sont des arrangements particuliers d’atomes ou de molécules soumis à des conditions extérieures (température, pression, etc.).
Le noyau d’un atome peut également lui conférer de curieuses propriétés, notamment dans le cas des éléments chimiques radioactifs, comme le radium ou l’uranium, qui émettent des « rayonnements nucléaires ».
LES ÉTATS DE LA MATIÈRE
La matière peut exister sous trois formes : solide, liquide ou gazeuse. Ce sont les états de la matière.
Les éléments qui la constituent (atomes, molécules) sont liés entre eux par de puissantes forces appelées forces de cohésion. Par ailleurs, selon leur état, les particules de matière possèdent une plus ou moins grande énergie, qui dépend en partie des conditions extérieures, comme la température ou la pression. Cette énergie se traduit par une agitation permanente des atomes ou molécules.
Cette agitation peut être complètement contenue par les forces de cohésion, comme dans le cas des solides, partiellement contenue dans le cas des liquides, ou pas du tout contenue dans le cas des gaz. Lorsque la température ou la pression augmente, l’agitation des particules augmente aussi et inversement. C’est ainsi qu’un changement d’état peut avoir lieu : de solide à liquide, de liquide à gaz, de gaz à solide, etc.
POUR ALLER PLUS LOIN
→ les atomes et les molécules
→ les états de la matière
→ les éléments chimiques
→ l’alchimie
→ l’histoire de la physique
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