Les électrons sont des particules de l'atome, tout comme les atomes sont des sous-structures de la matière. Certaines des caractéristiques fondamentales des atomes ont été révélées par les expériences qui ont servi à la découverte de l'électron. L'électron étant la première particule subatomique découverte, il est considéré comme l'un des tournants de la physique. Dans la chimie et la physique d'aujourd'hui, il s'est avéré être l'un des plus importants pour expliquer la liaison chimique.
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Aujourd'hui, les tubes à décharge sont principalement appelés tubes cathodiques car les rayons proviennent de la cathode. Bien que d'autres scientifiques aient expérimenté les tubes cathodiques, JJ Thomson a amélioré et élargi le champ des expériences. Avec des champs magnétiques et électriques, il a confirmé la charge négative des rayons cathodiques.
Il a également utilisé une coupelle métallique pour capter les rayons et a découvert une surabondance de charge négative. Thomson a également pu déterminer la charge de l'électron par rapport à sa masse, qe / me, ce qui a constitué une étape cruciale pour déterminer les valeurs exactes de qe et de me.
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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.
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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.
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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 , ce qui permet de déterminer directement la charge des électrons excédentaires et manquants sur les gouttes d'huile.
Découverte de l'électron - points clés
En 1897, JJ Thomson a découvert l'électron en utilisant des tubes cathodiques.
Trois grandes expériences ont contribué à façonner l'électron et le concept d'atome que nous avons aujourd'hui : la découverte de l'électron et le modèle du plum pudding, l'expérience de la feuille d'or de Rutherford et l'expérience de la goutte d'huile de Millikan.
L'expérience de la feuille d'or est l'une des expériences les plus importantes puisqu'elle a conduit à la découverte du noyau.
L'expérience de la goutte d'huile de Millikan a permis la première mesure directe et précise de la charge d'un seul électron.
La découverte de l'électron est un tournant dans la physique car il s'agit de la première particule subatomique découverte. Il s'est avéré être le plus important pour décrire la liaison chimique dans la physique d'aujourd'hui.
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Questions fréquemment posées en Découverte de l'électron
Qu'est-ce que l'électron?
L'électron est une particule subatomique avec une charge négative. C'est fondamental dans la structure de l'atome.
Qui a découvert l'électron?
L'électron a été découvert par J.J. Thomson en 1897.
Comment J.J. Thomson a-t-il découvert l'électron?
Thomson a utilisé un tube cathodique pour identifier les électrons, montrant que les rayons cathodiques étaient constitués de particules négativement chargées.
Pourquoi la découverte de l'électron est-elle importante?
La découverte de l'électron a révolutionné la physique et la chimie, ouvrant la voie à la physique quantique et à la compréhension de la structure atomique.
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Lily Hulatt est une spécialiste du contenu numérique avec plus de trois ans d’expérience en stratégie de contenu et en conception de programmes. Elle a obtenu son doctorat en littérature anglaise à l’Université de Durham en 2022, a enseigné au Département d’études anglaises de l’Université de Durham, et a contribué à plusieurs publications. Lily se spécialise en littérature anglaise, langue anglaise, histoire et philosophie.
Gabriel Freitas est un ingénieur en intelligence artificielle possédant une solide expérience en développement logiciel, en algorithmes d’apprentissage automatique et en IA générative, notamment dans les applications des grands modèles de langage (LLM). Diplômé en génie électrique de l’Université de São Paulo, il poursuit actuellement une maîtrise en génie informatique à l’Université de Campinas, avec une spécialisation en apprentissage automatique. Gabriel a un solide bagage en ingénierie logicielle et a travaillé sur des projets impliquant la vision par ordinateur, l’IA embarquée et les applications LLM.
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