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Sciences

Bonjour, comment comprendre le principe d'électricité négative et positive au niveau des atomes, et quel rôle joue le neutron?

Question de JUSTE, 15 ans

Didier Perret

Réponse de Didier Perret

Docteur

Section de chimie et biochimie
Université de Genève

Les atomes sont constitués d’un noyau de très petite taille, contenant des particules de très petite masse, les protons chargés positivement et les neutrons non chargés, autour duquel se trouvent des particules encore plus légères, les électrons chargés négativement.

Il n’y a pas à proprement parler d’électricité positive ou négative dans les atomes, mais des charges positives (les protons dans le noyau) et des charges négatives (les électrons à l’extérieur du noyau). En effet, le terme "électricité" se réfère au déplacement de particules chargées (les électrons ou les protons) dans un matériau conducteur, tandis que le terme "charge" se réfère à la présence de particules chargées.

Les neutrons sont fréquemment considérés par les physiciens comme des protons ayant perdu leur charge positive. Leur masse est très proche de celle des protons, environ 1.67×10-24 grammes. Quant au noyau qui contient ces protons et neutrons, sa taille dépend de leur nombre, mais elle est extraordinairement petite, de l’ordre de 10-12 millimètres (femtomètre; millionième de millionième de millimètre), en comparaison à la taille de l’atome (le noyau autour duquel se trouvent les électrons), de l’ordre de 10-7 millimètres (dixième de millionième de millimètre; environ 100'000 fois plus grand que le noyau).

Bien que les charges positives sont situées au centre de l’atome (dans le noyau, 100'000 fois plus petit que l’atome) et les charges négatives sont situées à l’extérieur de l’atome, ce dernier est globalement neutre puisque la charge négative d’un électron (-1.6×10-19 coulomb) est exactement inverse à la charge positive d’un proton (+1.6×10-19 coulomb).

Le rôle des neutrons est d’abaisser l’extraordinaire répulsion entre protons qui règne au sein du noyau (puisque les particules de même charge se repoussent); c’est d’ailleurs grâce aux neutrons que la taille du noyau peut être aussi faible. A l’inverse, les électrons se repoussent entre eux mais comme il n’y a pas d’équivalent "neutron" en dehors du noyau, les électrons occupent un volume nettement plus grand.

Et finalement, c’est l’électron qui a été découvert en premier, en 1897 par Joseph Thomson, suivi en 1919 par le proton, découvert par Ernest Rutherford, puis en 1932 par le neutron, découvert par James Chadwick.

27 mai 2019

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