Historique
Étymologiquement le mot atome vient du grec atomos qui signifie "qui ne peut être coupé". L'existence des atomes a été en effet imaginée vers 420 av. J.-C. par Démocrite, philosophe grec. Mais, faute de preuves expérimentales, cette conception fondée sur une intuition est restée une doctrine philosophique jusqu'au début du XIXe siècle. En 1808 John Dalton (chimiste anglais, 1766-1844) propose une théorie atomique fondée sur des faits expérimentaux qui est publiée sous le titre "A new system of Chemical Philosophy". Il postule les quatre principes suivants :
Toute matière est formée de particules extrêmement petites et indivisibles, appelées atomes.
Tous les atomes d'un même élément sont identiques, quant à leur masse[1] et aux autres propriétés, mais les atomes d'un élément donné diffèrent de ceux d'un autre élément.
Les corps composés résultent de l'association, selon des proportions fixes, d'atomes d'éléments différents.
Au cours d'une réaction chimique, il se produit un réarrangement des atomes, mais aucun atome n'est créé, ni détruit, ni divisé.
La discontinuité observée dans les proportions selon lesquelles les éléments se combinent est donc due à la discontinuité de la matière elle-même. La plus petite quantité d'un élément qui puisse être échangée au cours d'une réaction chimique est un atome de cet élément. Toute quantité échangée d'un élément correspond toujours à un nombre entier d'atomes.
Le modèle de Dalton n'explique pas comment déterminer la proportion dans laquelle les éléments se combinent (par exemple, pourquoi n'existe-t-il pas de molécules C2O ou HO ?) et il ne permet pas de justifier les propriétés chimiques des éléments (par exemple, pourquoi certains éléments ont un caractère métallique ? Pourquoi certains éléments forment préférentiellement certains types d'ion ?). Ce sont des découvertes datant du début du XXe siècle montrant que les atomes sont en fait divisibles en particules subatomiques (ou particules élémentaires) qui ont permis de répondre à ces questions et on conduit à développer des modèles de l'atome plus élaborés.
Aujourd'hui les scientifiques disposent de techniques de microscopie électronique qui permettent de visualiser des atomes comme le montre la Figure 1.
Chaînes d'atomes d'or sur une surface de silicium visualisées par microscopie électronique à effet tunnel. Cette technique consiste à déplacer une pointe métallique extrêmement fine à quelques nanomètres de la surface d'un solide. Une tension électrique est appliquée entre la pointe et la surface. Des électrons peuvent alors franchir cette distance par effet tunnel et produire un courant électrique. Après avoir balayé toute la surface du matériau et enregistré les variations de ce courant, on reconstitue par ordinateur le relief de la surface survolée avec une précision de l'ordre de 0,1 nm. Image obtenue par Corsin Battaglia © FNS.