L'hypothèse de Prout - Prout's hypothesis

L'hypothèse de Prout était une tentative du début du XIXe siècle pour expliquer l'existence des divers éléments chimiques à travers une hypothèse concernant la structure interne de l' atome . En 1815 et 1816, le chimiste anglais William Prout a publié deux articles dans lesquels il a observé que les poids atomiques qui avaient été mesurés pour les éléments connus à cette époque semblaient être des multiples entiers du poids atomique de l' hydrogène . Il a ensuite émis l'hypothèse que l'atome d'hydrogène était le seul objet vraiment fondamental, qu'il appelait protyle , et que les atomes d'autres éléments étaient en fait des groupements de nombres différents d'atomes d'hydrogène.

L'hypothèse de Prout a eu une influence sur Ernest Rutherford lorsqu'il a réussi à « éliminer » les noyaux d'hydrogène des atomes d'azote avec des particules alpha en 1917, et a ainsi conclu que peut-être les noyaux de tous les éléments étaient constitués de telles particules (le noyau d'hydrogène), qui dans 1920, il suggéra d'être nommé protons , du suffixe "-on" pour particules, ajouté à la racine du mot de Prout "protyle". L'hypothèse discutée par Rutherford était celle d'un noyau composé de protons Z+N=A et d'électrons N piégés d'une manière ou d'une autre, réduisant ainsi la charge positive à +Z comme observé et expliquant vaguement la radioactivité de la désintégration bêta. Une telle constitution nucléaire était connue pour être incompatible avec la dynamique qu'elle soit classique ou quantique primitive, mais semblait inévitable jusqu'à l'hypothèse des neutrons par Rutherford et la découverte par Chadwick.

L'écart entre l'hypothèse de Prout et la variation connue de certains poids atomiques à des valeurs éloignées des multiples entiers de l'hydrogène, s'explique entre 1913 et 1932 par la découverte des isotopes et du neutron . Selon la règle des nombres entiers de Francis Aston , l'hypothèse de Prout est correcte pour les masses atomiques des isotopes individuels, avec une erreur d'au plus 1%.

Influence

L'hypothèse de Prout est restée influente en chimie tout au long des années 1820. Cependant, des mesures plus minutieuses des poids atomiques, telles que celles compilées par Jöns Jakob Berzelius en 1828 ou Edward Turner en 1832, ont réfuté l'hypothèse. En particulier, le poids atomique du chlore , qui est 35,45 fois celui de l' hydrogène , ne pouvait à l'époque s'expliquer par l'hypothèse de Prout. Certains ont avancé l' affirmation ad hoc que l'unité de base était la moitié d'un atome d'hydrogène, mais d'autres divergences sont apparues. Cela a abouti à l'hypothèse qu'un quart d'un atome d'hydrogène était l'unité commune. Bien qu'elles se soient avérées fausses, ces conjectures ont catalysé d'autres mesures des poids atomiques.

L'écart dans les poids atomiques était en 1919 soupçonné d'être le résultat de l'apparition naturelle de plusieurs isotopes du même élément. FW Aston a découvert plusieurs isotopes stables pour de nombreux éléments à l'aide d'un spectrographe de masse . En 1919, Aston a étudié le néon avec une résolution suffisante pour montrer que les deux masses isotopiques sont très proches des nombres entiers 20 et 22, et qu'aucune n'est égale à la masse molaire connue (20,2) du gaz néon.

En 1925, le chlore problématique s'est avéré être composé des isotopes ³⁵ Cl et ³⁷ Cl , dans des proportions telles que le poids moyen du chlore naturel était d'environ 35,45 fois celui de l'hydrogène. Pour tous les éléments, chaque isotope individuel de nombre de masse A s'est finalement avéré avoir une masse très proche de A fois la masse d'un atome d'hydrogène, avec une erreur toujours inférieure à 1%. Il s'agit d'un quasi-échec de la loi de Prout étant correcte. Néanmoins, la règle ne s'est pas avérée mieux prédire les masses isotopiques que cela pour tous les isotopes, principalement en raison de défauts de masse résultant de la libération d' énergie de liaison dans les noyaux atomiques lorsqu'ils se forment.

Bien que tous les éléments soient le produit de la fusion nucléaire de l'hydrogène en éléments supérieurs, il est maintenant compris que les atomes sont constitués à la fois de protons (noyaux d'hydrogène) et de neutrons . La version moderne de la règle de Prout est que la masse atomique d'un isotope de nombre de protons ( numéro atomique) Z et de nombre de neutrons N est égale à la somme des masses de ses protons et neutrons constitutifs, moins la masse de l'énergie de liaison nucléaire, le défaut de masse . Selon la règle des nombres entiers proposée par Francis Aston , la masse d'un isotope est approximativement, mais pas exactement, son nombre de masse A ( Z  +  N ) multiplié par une unité de masse atomique (u), plus ou moins l'écart d'énergie de liaison - masse atomique unité étant l'approximation moderne de la "masse d'un proton, d'un neutron ou d'un atome d'hydrogène". Par exemple, les atomes de fer-56 (qui ont parmi les énergies de liaison les plus élevées) ne pèsent qu'environ 99,1% autant que 56 atomes d'hydrogène. Le 0,9% de masse manquant représente l'énergie perdue lorsque le noyau de fer a été fabriqué à partir d'hydrogène à l'intérieur d'une étoile. (Voir nucléosynthèse stellaire .)

allusions littéraires

Dans son roman de 1891 The Doings of Raffles Haw , Arthur Conan Doyle parle de transformer des éléments en d'autres éléments de numéro atomique décroissant , jusqu'à ce qu'une matière grise soit atteinte.

Dans son roman 1959 Vie et destin , Vassili Grossman personnage principal de, le physicien Viktor Shtrum, réfléchit sur l'hypothèse de Prout au sujet de l' hydrogène étant à l'origine d'autres éléments (et le fait heureux que des données incorrectes de Prout a conduit à une conclusion essentiellement correcte), comme il s'inquiète de son incapacité à formuler sa propre thèse.

Voir également

• Énergie de liaison

Les références

Notes de bas de page

Citations

Lectures complémentaires

Liens externes

• La formule semi-empirique des masses atomiques