1.
Électricité: La matière. |
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1. LA
MATIÈRE
Tous les corps dans la nature sont formés de molécules et d'atomes.
La
molécule
Plus petite parcelle du corps obtenu à l'état libre (environ 10-6 mm).
Les
molécules sont animées de mouvements dont les amplitudes
dépendent de la nature du corps.
L'agitation moléculaire cesse au voisinage de 0 K ( - 273
°C).
Constante d'Avogadro N=6,025.1023 molécules par molécule-gramme.
L'atome
Plus petite parcelle d'un élément qui rentre dans la composition d'une molécule.
Masse de l'atome= 1,66.10-24 g.
Si tous les atomes d'une molécule sont identiques, c'est un corps simple. Si les atomes sont de deux ou plusieurs catégories différentes, c'est un corps composé.
Si les molécules d'un corps sont toutes semblables, c'est un corps pur.
Si les molécules juxtaposées appartiennent à des corps différents, elles constituent un mélange ou un alliage.
Un atome, selon la comparaison classique, est un système solaire en miniature composé d'un noyau très dense entouré à des grandes distances relatives par des électrons en rotation ultra-rapide.
L'électron
Particule
stable : masse 9,1 .10-28 g, possède une charge
négative de 1,6.10-19 C, il tourne à 1027
tr/s sur lui-même et à 1015 tr/s autour du noyau.
Les électrons forment le courant électrique. Les noyaux
peuvent capter ou libérer des électrons qu'on appelle :
rayon 
.
Le
noyau
Formé de protons et de neutrons.
Le proton :
particule stable, possède une charge positive égale à
celle de l'électron (négative). Le proton est 1850 fois
plus pesant que l'électron, sa matière est 100000 fois
plus dense que celle de l'électron. II tourne sur
lui-même.
Le neutron :
particule stable, électriquement neutre, de
caractéristique voisine à celle du proton. Extrait du
noyau, il devient instable et donne naissance à un
électron et à un proton.
On connaît dans la nature 325 groupements possibles de neutrons et de protons formant le noyau des corps simples : le plus simple, l'hydrogène
1 proton; le
plus complexe, l'uranium 238 : 92 protons et 146 neutrons.
Autres particules:
Découvertes par les physiciens grâce à leurs accélérateurs.
Les
photons : lumière élémentaire, c'est de
l'énergie sans masse. Un photon d'une énergie supérieure à
1 MeV passant près d'un noyau lourd disparaît en donnant
naissance à un électron négatif et à un électron positif
(lacune).
L'interaction
des particules:
Assure la cohésion de l'atome, il en existe quatre sortes:
Interactions fortes :
forces nucléaires au sein des noyaux entre protons et
neutrons, elles sont considérables.
Forces
électromagnétiques : entre les protons des noyaux et
les électrons des couches périphériques, assurent leur
cohésion.
Interactions
faibles : émises dans les noyaux lors de l'émission
des électrons (rayons ).
Interactions
gravifiques : sont extrêmement faibles et ont une
portée infinie.
Disposition des électrons:
Dépend de la nature du corps et des forces électromagnétiques de l'atome. Un atome est toujours électriquement neutre (nb de protons = nb d'électrons).
Les électrons planétaires sont disposés à des niveaux d'énergie bien déterminés, ces couches admettent un nombre maximal d'électrons en fonction du niveau : en partant du noyau on a :
K = 2, L = 8, M = 18, N = 32, 0 = 50, P = 72, Q = 98. Soit 280 électrons, ce qui ne correspond à aucun corps les couches peuvent ne pas être saturées. Exemple l'uranium : K = 2, L = 8, M = 18,
N = 32, 0 = 18, P = 32, Q = 10, soit 92 électrons.
Par suite de la réaction des atomes voisins dans un cristal, la dernière couche se dédouble; les électrons participant aux liaisons atomiques sont dans la bande de valence vers le noyau. Certains électrons très faiblement liés sont dans la bande de conduction. Entre ces deux bandes se trouve une bande interdite plus ou moins large selon la nature des corps.
La classification périodique des éléments permet de classer les corps par catégorie.
Lorsque la couche externe est saturée : ils sont chimiquement inertes (hélium, néon, argon, krypton, xénon, radon).
Lorsque la couche externe n'a qu'un électron : ils sont chimiquement actifs, ce sont des métaux alcalins (lithium, sodium, potassium, rubidium, césium) dont la bande interdite est presque inexistante.
Lorsque la couche externe a 7, 6 ou 5 électrons, ce sont des métalloïdes respectivement monovalents, bivalents ou trivalents, ce sont des isolants à bande interdite large.
Lorsque la couche externe a 1, 2 ou 3 électrons, ce sont des métaux, monovalents, bivalents ou trivalents, ils sont bons conducteurs, leur bande interdite est très réduite ou nulle.
Lorsque la couche externe a 4 électrons, ce sont soit des métaux, soit des métalloïdes tétravalents; les semi-conducteurs sont dans cette catégorie, la largeur de leur bande interdite est d'environ 1 eV.
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