Découverte de l'électron

Éléments du processus de découverte des électrons

Les éléments du processus de découverte des électrons sont les suivants : la découverte des électrons, le modèle du plum pudding, Ernest Rutherford et l'expérience de la feuille d'or, et l'expérience de la goutte d'huile de Millikan. Ces étapes sont importantes non seulement en raison de la découverte de l'électron, mais aussi parce qu'elles façonnent le modèle d'électron que nous avons aujourd'hui.

Découverte des électrons et du modèle du plum pudding

En plus de découvrir les électrons en expérimentant les tubes cathodiques, JJ Thomson a également étudié les particules chargées positivement dans le gaz néon. Thomson a découvert que le modèle conventionnel de l'atome ne parvenait pas à rendre compte des particules chargées négativement et positivement. Par conséquent, il a présenté un modèle d'atome en forme de plum-pudding. Dans ce modèle, il affirme que :

• Les raisins secs du pudding étaient représentés par des électrons négatifs, tandis que la charge positive était détenue par la pâte.

• Tous les atomes comprennent des électrons, qui sont de petites particules subatomiques chargées négativement.

• Les particules négatives flottent dans une soupe chargée positivement dans un atome.

• Les atomes ont une charge globale neutre.

Fig. 1. Modèle de l'atome selon JJ Thomson.

Découverte de l'électron : Ernest Rutherford et l'expérience de la feuille d'or

En 1909, Rutherford réalise l'expérience de la feuille d'or au cours de laquelle il découvre la nature nucléaire des atomes en faisant dévier des particules alpha à travers une fine feuille d'or. L'idée de Rutherford était de rechercher des particules alpha ayant des angles de déviation très élevés, des angles qui n'étaient attendus d'aucune théorie de la matière à l'époque.

Hans Geiger et Ernest Marsden ont réalisé l'expérience en 1909, en dirigeant un faisceau de particules alpha (noyaux d'hélium) vers une fine feuille d'or, puis en mesurant l'angle des particules alpha diffusées par Rutherford, conséquence de la diffusion de ces particules sur les atomes de la feuille d'or.

Ils ont utilisé un détecteur de particules alpha qui produisait des points lumineux fluorescents lorsque les particules alpha le frappaient. L'expérience comprenait des émetteurs de particules alpha de radon, de radium et de bismuth.

Ces déviations ne pouvaient se produire que si une grande partie de la charge positive se trouvait au niveau du noyau. Ce sont les données qu'il a recueillies lors de cette expérience qui l'ont conduit à son modèle atomique dans lequel il affirmait que :

• Les atomes sont essentiellement constitués d'espace vide, la charge positive étant fortement localisée au centre : le noyau.
• Le noyau contient l'essentiel de la masse atomique.
• Le noyau est entouré d'électrons plus légers et chargés négativement.

Fig. 2. Ernest Rutherford à l'université McGill en 1905, travaillant sur son expérience. flickr.com

Découverte de l'électron : Expérience de la goutte d'huile de Millikan

L'expérience de la goutte d'huile de Robert Millikan a eu lieu en 1909. Elle a donné lieu à la première mesure directe précise de la charge d'un seul électron, l'une des constantes les plus fondamentales de la nature. Dans son expérience, il a constaté que lorsque de fines gouttes d'huile sont pulvérisées, elles se chargent.

La charge d'une goutte peut être calculée en utilisant l'équilibre entre la gravité et les forces électriques. Il découvre que la charge est quantifiée en unités de \(-1,6 \cdot 10 ^ {-19} C\), ce qui permet de déterminer directement la charge des électrons excédentaires et manquants sur les gouttes d'huile.