Ce petit article a pour objectif d'offir un premier contact avec le monde de la matière, des molécules et des atomes. Bien qu'en apparence ce type de sujet est simples pour des personnes ayant une formations cientifiques, ils sont difficile a concevoir. Que faut-il mettre dans un article de vulgarisation scientifiques pour des personnes n'ayant pas de formation scientifiques ? Je prends toujours beaucoup de plaisir relever ce type défi et j'espère que l'article présent sera utile au plus grand nombre.

Bonne lecture :).

Notre planète Terre est recouverte par l'eau à 70%. L'eau est une matière liquide. Elle est constituée de la même molécule : l'eau. En chimie on l'écrit H2O. Cela signifie que cette molécule contient deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène.

Il existe d'autres types de matières comme la matière solide, ou la vapeur. Si on regarde de plus près, beaucoup de matières (liquide, solide, ou vapeur) ne sont pas constituées que d'une seule sorte de molécule. Ainsi l'eau de mer contient aussi du sel qui est une autre molécule. Elle se note NaCl ce qui signifie qu'elle contient un atome de sodium (Na) et un atome de chlore (Cl). il existe d'autres molécules que H2O et NaCl, il en existe même des millions. Par contre le nombre d'atomes existants est beaucoup plus limité. On en connaît environ 120.

Il existe d'autres états de la matière comme celui des cristaux liquides. Découvert en 1888 par le botaniste autrichien Reinitzer cet état se présente sous forme laiteuse et se situe entre l'état solide et liquide. C'est un état intermédiaire entre les cristaux et les liquides (d'où le nom). Les cristaux liquides sont très proches des liquides. Certaines substances lors de la fusion ne passent pas directement à l'état liquide, ils passent par l'étape de critaux liquides. Cet état perdure tant qu'on n'augmente pas à nouveau la température. On parle aussi d'état mésomorphes. Voici les noms des différentes phases

Solide -> Cristaux liquide : Fusion

Cristaux liquide -> liquide : Clarification

Liquide -> cristaux liquide : ?

Cristaux liquide -> solide : Solidification

Il faut aussi citer l'état vitreux. Par exemple le verre chauffé à bonne température peut se présenter comme un solide (organisation d'un solide) mais couler (très lentement) comme un liquide. Par contre l'état plasma semble se voir décerner le titre de quattrième état de la matière. C'est un gaz ionisé.

Attention cependant, les fluides ne sont pas des états de la matière. C'est seulement une désignation commune aux gaz et aux liquides.

La matière n'est pas figée. Un liquide peut se transformer en solide. Par exemple l'eau se transforme en glace quand il fait suffisamment froid (-0°). L'eau peut aussi devenir vapeur si elle est suffisamment chaude (+100°). Il existe au total 6 transformations possibles entre ces différents états. Vaporisation, sublimation, fusion, condensation, solidification et liquéfaction.

Les molécules constituées de plusieurs types d'atomes sont nommées des corps composés (H2O). Par contre si une molécule est composée du même élément, on la nomme un corps simple. Il s'agit d'un corps dont la molécule est composée du même atome comme le Dioxygène (O2).

Dans les fluides (liquide et gaz sont des fluides) les molécules ou les atomes se déplacent sans cesse. Plus ils se déplacent vite plus la température du fluide est élevée. Inversement plus ils se déplacent lentement, plus le fluide est froid. On peut donc dire que la modification de température dépend directement de la vitesse des molécules ou atomes d'un fluide. Si on refroidi suffisament un fluide il devient solide. Pour certains fluide si on les refroidi a des températures extrême ils deviennent superfluide. La superfluidité se caratérise surtout par l'absence de viscosité.

Dans les solides, les atomes ou molécules n'ont pas de déplacement apparent mais ils vibrent. Cette vibration peut être associéz à un mouvement. Refroidir un métal par exemple consiste à diminuer la vibration des atomes qui le composent. Inversement en augmentant la température, on augmente leur vibration. Un solide qui est suffisament refroidi devient supraconducteur. La supraconduction se caractérise surtout par l'absence de résistivité électrique.

La température le plus basse qu'on peut atteindre est de -273,15°.

Les atomes aiment être stable. Lorsqu'ils reçoivent de l'énergie, il se débrouillent pour la perdre le plus vite possible. Cela peut arriver quand un photon entre en collision avec un atome. Cela peut provoquer un éloignement du noyau d'un des életrons de l'atome. L'électron va vouloir retrouver sa position d'origine et permettre ainsi à l'tome de retrouver son état énergétique précédent. Pour se faire l'électron va émettre lui-même un photon. Comme un photon c'est de l'énergie, l'atome perd en énergie.

Ce mécanisme d'émission de photons est intégré à tout atome. Il assure aux atomes de pouvoir conserver le niveau d'énergie qui les rend le plus stable possible.

Les atomes sont attachés entre eux pour former des molécules. Ces attaches sont des liaisons chimiques. La plus répandue est la liaison covalente. Elle consiste en un partage d'électrons entre deux noyaux atomiques.

Deux idées importantes permettent d'expliquer les bases des liaisons chimiques. La première est la force électromagnétique. Les noyaux jouant le rôle de charge positive et les électrons de charge négative. A cause de ces charges, il y a des effets d'attraction et de répulsion. La seconde est le fait qu'un atome cherche toujours à trouver un état d'équilibre qui lui assure la plus grande stabilité. Pour ce faire les atomes tentent toujours de combler les couches d'électrons où ils en manquent. Il s'agit des couches extérieures.

La matière se décompose de la manière suivante selon les connaissances que nous avons aujourd'hui.

- La matière est composée de molécules

- Les molécules sont composées d'atomes

- Les atomes sont composés d'électrons et d'un noyau

- Le noyau contient des neutrons et des protons

- Les protons et neutrons sont composés de quarks

A la question : Qu'y a-t-il après les quarks ? A priori rien. Il faut bien comprendre que contrairement aux mathématiques, la physique a affaire à des objets finis. Ainsi la matière ne se découpe pas indéfiniment en des particules toujours plus petites. Donc même si un jour, on découvre quelque chose de plus petit que les quarks on sait qu'à un moment on ne découvrira plus d'objet plus petit.

Si on met de coté les plus gros atomes comme l'uranium, un atome a une taille de 10^-10 soit 0,1 nanomètre. Le noyau qui contient plus de 99% de la masse de l'atome n'a une taille que de 10^-15 soit 1 femtomètre. Un atome est donc composé essentiellement de vide.

C'est en 1913 que Niels Bohr proposa le premier modèle convainquant sur l'atome pour l'atome d'hydrogène. Celui-ci reste toujours valable pour les atomes à 1 électron.

Ce premier modèle est dit planétaire. Les électrons y décrivent des orbites comme les planètes. On utilise souvent l'expression 'orbite autour' pour les électrons, mais ce n'est qu'une facilité pour expliquer ce qu'est un atome. En réalité, on ne dispose d'aucun modèle qui permet de décrire la trajectoire des électrons. On est même pas sûr qu'ils en on une ! Pour cette raison il est préférable de dire que les électrons se déplacent autour du noyau.