La théorie atomique de la matière

La première discussion répertoriée sur la structure de base de la matière provient des philosophes de la Grèce antique. Leucippe et Démocrite soutenaient que toute la matière était composée de petites particules finies qu’ils ont appelées atomos, signifiant “ indivisible ”. Plus tard, Aristote et d’autres philosophes en sont venus à la conclusion que la matière était constituée de diverses combinaisons des quatre “ éléments ” — le feu, la terre, l’air et l’eau — et qu’elle pouvait être divisée à l’infini. Il est intéressant de noter que ces philosophes considérait les atomes et les “ éléments “ comme des concepts philosophiques, mais n’ont apparemment jamais envisagé de faire des expériences pour vérifier leurs idées.  

La vision aristotélicienne de la composition de la matière exerça une emprise pendant plus de deux mille ans, jusqu’à ce que le scientifique anglais John Dalton révolutionne la chimie avec l’hypothèse que le comportement de la matière pourrait être expliqué en utilisant une théorie atomique. Publié pour la première fois en 1807, nombre des hypothèses de Dalton sur les caractéristiques microscopiques de la matière sont encore valables dans la théorie atomique moderne.  

Voici les postulats de la théorie atomique de Dalton :

1. La matière est composée de particules excessivement petites appelées atomes. Un atome est la plus petite unité d’un élément qui peut participer à une transformation chimique.
2. Un élément est constitué d’un seul type d’atome, qui a une masse qui est caractéristique de l’élément et qui est la même pour tous les atomes de cet élément. Un échantillon macroscopique d’un élément contient un nombre incroyablement élevé d’atomes, qui ont tous des propriétés chimiques identiques.
3. Les propriétés des atomes d’un élément diffèrent de celles des atomes de tous les autres éléments.
4. Un composé est constitué d’atomes d’au moins deux éléments combinés suivant un rapport de petits nombres entiers. Dans un composé donné, le nombre d’atomes de chacun de ses éléments est toujours présent suivant le même rapport
5. Les atomes ne sont ni créés ni détruits au cours d’une transformation chimique, mais ils sont réorganisés pour produire des substances qui sont différentes de celles présentes avant la transformation.

Dalton a utilisé trois lois de réactions chimiques comme base pour sa théorie : (1) la loi de conservation de la masse, (2) la loi des proportions définies, et (3) la loi des proportions multiples. La théorie atomique de Dalton fournit une explication microscopique pour les nombreuses propriétés macroscopiques de la matière.  

La loi de conservation de la masse a été découverte par le chimiste français Antoine Lavoisier. Elle indique que les atomes ne sont ni créés ni détruits au cours d’une transformation chimique ; la masse totale de matière présente lorsque la matière change d’un type à l’autre reste constante.

Dalton connaissait aussi les expériences du chimiste français Joseph Proust, qui a démontré que tous les échantillons d’un composé pur contiennent les mêmes éléments dans la même proportion en masse. Cette déclaration est connue sous le nom de la loi de proportions définies ou la loi de composition constante. La supposition que les nombres d’atomes des éléments dans un composé donné existent toujours suivant le même rapport est cohérente avec ces observations.  

Dalton a également utilisé les données de Proust, ainsi que les résultats de ses propres expériences, pour formuler une autre loi intéressante. La loi des proportions multiples stipule que lorsque deux éléments réagissent pour former plus d’un composé, une masse fixe d’un élément réagit avec les masses des autres éléments suivant un rapport de petits nombres entiers.

La théorie de Dalton a fourni un cadre qui a ensuite été élargi pour démontrer que l’atome est composé de particules subatomiques et que les atomes du même élément peuvent différer en masse, appelés isotopes.

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 2.1 : Les premières idées de la théorie atomique.