Atomes et or

En 1911, Rutherford et ses collègues Hans Geiger et Ernest Marsden ont lancé une série d’expériences révolutionnaires qui changeraient complètement le modèle accepté de l’atome. Ils ont bombardé de très fines feuilles d’or avec des particules alpha en mouvement rapide.

Figure\(\PageIndex{2}\) (A) La configuration expérimentale de l’expérience sur la feuille d’or de Rutherford: Un élément radioactif qui émettait des particules alpha était dirigé vers une mince feuille d’or entourée d’un écran qui permettrait de détecter les particules déviées. (B) Selon le modèle de pouding aux prunes (en haut), toutes les particules alpha devraient avoir traversé la feuille d’or avec peu ou pas de déviation. Rutherford a constaté qu’un faible pourcentage de particules alpha étaient déviées à de grands angles, ce qui pourrait s’expliquer par un atome avec un noyau très petit, dense et chargé positivement en son centre (en bas).

Selon le modèle atomique accepté, dans lequel la masse et la charge d’un atome sont uniformément réparties dans tout l’atome, les scientifiques s’attendaient à ce que toutes les particules alpha traversent la feuille d’or avec seulement une légère déviation ou aucune du tout. Étonnamment, comme le montre la figure \(\PageIndex{2}\) (alors que la plupart des particules alpha n’étaient en effet pas détectées, un très faible pourcentage (environ 1 particule sur 8000) a rebondi sur la feuille d’or à de très grands angles. Certains ont même été redirigés vers la source. Aucune connaissance préalable ne les avait préparés à cette découverte. Dans une citation célèbre, Rutherford s’est exclamé que c’était « comme si vous aviez tiré un obus de 15 pouces sur un morceau de tissu et qu’il revenait et vous frappait. »

Rutherford avait besoin de trouver un tout nouveau modèle de l’atome afin d’expliquer ses résultats. Parce que la grande majorité des particules alpha avaient traversé l’or, il a estimé que la majeure partie de l’atome était un espace vide. En revanche, les particules fortement déviées doivent avoir subi une force extrêmement puissante au sein de l’atome. Il a conclu que toute la charge positive et la majorité de la masse de l’atome doivent être concentrées dans un espace très petit à l’intérieur de l’atome, qu’il a appelé le noyau. Le noyau est le noyau minuscule, dense et central de l’atome et est composé de protons et de neutrons.

Le modèle atomique de Rutherford est devenu connu sous le nom de modèle nucléaire. Dans l’atome nucléaire, les protons et les neutrons, qui constituent la quasi-totalité de la masse de l’atome, sont situés dans le noyau au centre de l’atome. Les électrons sont répartis autour du noyau et occupent la majeure partie du volume de l’atome. Il convient de souligner à quel point le noyau est petit par rapport au reste de l’atome. Si nous pouvions faire exploser un atome de la taille d’un grand stade de football professionnel, le noyau aurait à peu près la taille d’un marbre.

Le modèle de Rutherford s’est avéré être une étape importante vers une compréhension complète de l’atome. Cependant, il n’a pas complètement abordé la nature des électrons et la manière dont ils occupaient le vaste espace autour du noyau. Pour cela et d’autres idées, Rutherford a reçu le prix Nobel de chimie en 1908. Malheureusement, Rutherford aurait préféré recevoir le Prix Nobel de physique parce qu’il considérait la physique supérieure à la chimie. À son avis, « Toute science est soit la physique, soit la collecte de timbres.”