ATOME

Historique

Les origines philosophiques de la notion d'atome

La notion d'atome a été formulée pour la première fois par les philosophes de la Grèce ancienne. On l'attribue à Empédocle, Démocrite, Leucippe, puis Épicure. Leurs conceptions d'une structure atomique de la matière ne procédaient pas d'observations ni d'expériences scientifiques au sens actuel, mais d'intuitions. Leur représentation de l'univers physique était fondée sur l'hypothèse que les corps sont constitués de particules très légères, invisibles et indivisibles. Cette doctrine a été diffusée au i^er siècle avant J.-C. par Lucrèce, dans son De natura rerum. Il y déclare : « Les corps, ce sont d'une part les principes simples des choses, les atomes, et d'autre part les composés, formés par ces éléments premiers. Pour ceux-ci, il n'est aucune force qui puisse les détruire ; à toute atteinte leur solidité résiste... Au reste, si l'on n'admet pas dans la nature un dernier terme de petitesse, les corps les plus petits seront composés d'une infinité de parties, puisque chaque moitié aura toujours une moitié et cela à l'infini. Quelle différence y aurait-il alors entre l'univers même et le plus petit corps ? On n'en pourrait point établir ; car si infiniment étendu qu'on suppose l'univers, les corps les plus petits seraient eux aussi composés d'une infinité de parties. La droite raison se révolte contre cette conséquence et n'admet pas que l'esprit y adhère ; aussi faut-il t'avouer vaincu et reconnaître qu'il existe des particules irréductibles à toute division et qui vont jusqu'au dernier degré de la petitesse ; et, puisqu'elles existent, tu dois reconnaître aussi qu'elles sont solides et éternelles. »

Atome et chimie

Ce n'est que deux mille ans après ces énoncés qu'une théorie atomique fut scientifiquement formulée. La théorie atomique moderne est née des efforts de Dalton au début du xix^e siècle pour interpréter les phénomènes quantitatifs de la chimie.

Les notions d'atomes et de molécules se sont imposées pour réunir en une théorie cohérente plusieurs lois expérimentales : loi de la conservation de la masse dans les processus chimiques, de Lavoisier ; loi des proportions définies ; loi des proportions multiples ; loi de Gay-Lussac.

Due à Proust, la loi des proportions définies énonce que les masses des éléments d'un composé chimique sont dans un rapport constant. Si, par exemple, m(H) est la masse de l'atome d'hydrogène, m(O) la masse de l'atome d'oxygène et si la molécule d'eau est constituée de p atomes d'hydrogène et q atomes d'oxygène, la loi de Proust permet d'écrire :

puisque 2,016 grammes d'hydrogène se combinent avec 16 grammes d'oxygène pour produire de l'eau.

La loi des proportions multiples exprime que, si deux éléments sont capables d'entrer en réaction et de former plusieurs composés, les masses d'un de ces éléments qui se combinent à une même masse de l'autre élément sont dans des rapports simples égaux à des fractions rationnelles. L'étude détaillée des composés justiciables de cette loi a permis la détermination des nombres d'atomes, tels que p et q dans la molécule de l'eau.

La loi de Gay-Lussac s'applique uniquement aux corps qui entrent en réaction à l'état gazeux ; elle énonce que les volumes des gaz qui réagissent sont dans un rapport simple. C'est ainsi qu'on a déterminé la composition de plusieurs molécules ; on a pu montrer, par exemple, que le modèle de Dalton pour la molécule d'eau, HO, n'est pas acceptable ; elle est, en fait, formée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène.

Pour interpréter les réactions chimiques communes il n'est pas besoin de considérer la structure interne des atomes ; les réactions sont décrites par l'échange d'atomes entre les molécules ; l'atome a ainsi conservé son caractère de « particule irréductible à toute division » dans les théories chimiques du xix^e siècle.

Cependant, de nombreux physiciens recourent à une description atomique de la matière pour élaborer la théorie cinétique des gaz et poser les bases de la mécanique statistique classique. On supposait certes que les particules [...]

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