Vous savez probablement que tout est composé d'atomes
et qu'un atome
est une particule vraiment, vraiment, vraiment, vraiment minuscule.
Chaque atome possède un noyau,
qui est constitué d'au moins une
particule chargée positivement
appelée un proton,
et dans la plupart des cas,
un certain nombre de particules neutres appelées neutrons.
Ce noyau est entouré
de particules chargées négativement appelées électrons.
L'identité d'un atome est déterminée
seulement par le nombre de protons dans son noyau.
L'hydrogène est l'hydrogène car il n'a qu'un seul proton,
le carbone est le carbone car il en a six,
l'or est l'or parce qu'il en a 79,
et ainsi de suite.
Permettez-moi de diverger un instant.
Comment connaissons-nous la structure atomique ?
Nous ne pouvons pas voir les protons, les neutrons ni les électrons.
Alors, on fait un tas d'expériences
et on développe un modèle pour ce qui se trouve là selon nous.
Puis, nous faisons encore des expériences
et voyons si elles concordent avec le modèle.
Si oui, c'est génial.
Si non, il pourrait être temps de trouver un nouveau modèle.
Nous avons eu beaucoup de modèles très différents pour les atomes
depuis Démocrite en 400 av. J.-C.,
et il y en aura presque certainement
beaucoup plus à venir.
Bon, revenons à nos moutons.
Les noyaux des atomes ont tendance à rester groupés,
mais les électrons sont libres de se déplacer,
et c'est pourquoi les chimistes aiment des électrons.
Si nous pouvions les épouser,
nous le ferions probablement.
Mais les électrons sont bizarres.
Ils semblent se comporter soit comme des particules,
comme des petites balles de baseball,
ou comme des vagues, comme des vagues d'eau,
selon l'expérience que nous effectuons.
Une des choses les plus étranges avec les électrons
est que nous ne pouvons pas dire exactement où ils se trouvent.
Ce n'est pas que nous n'avons pas l'équipement nécessaire,
c'est que cette incertitude
fait partie de notre modèle de l'électron.
Donc, nous ne pouvons pas les identifier, très bien.
Mais nous pouvons dire qu'il y a une certaine probabilité
de trouver un électron dans un espace donné
autour du noyau.
Et ça signifie que nous pouvons poser la question suivante :
si on traçait une forme autour du noyau
de façon à être sûr à 95 %
de trouver un électron donné à l'intérieur de cette forme,
à quoi ressemblerait-il ?
Voici quelques-unes de ces formes.
Les chimistes les appellent des orbitales,
et ce à quoi ressemble chacune d'elles
dépend, entre autres choses,
de la quantité d'énergie qu'elle possède.
Plus une orbitale a d'énergie
plus l'essentiel de sa densité
est éloigné du noyau.
Au fait, pourquoi avons-nous choisi 95 %
et pas 100 % ?
Eh bien, c'est une autre bizarrerie
notre modèle de l'électron.
Passé une certaine distance du noyau,
la probabilité de trouver un électron
commence à décroître
de façon plus ou moins exponentielle,
ce qui signifie que même si elle s'approche de zéro,
elle n'arrivera jamais vraiment à zéro.
Ainsi, dans chaque atome,
il y a une probabilité faible mais non nulle,
que, pour une très courte durée,
l'un de ses électrons
soit à l'autre bout de l'univers connu.
Mais pour la plupart, les électrons restent près de leur noyau
sous forme de nuages de densité chargée négativement
qui bougent avec le temps.
La façon dont les électrons d'un atome
interagissent avec les électrons d'un autre
détermine presque tout.
Les atomes peuvent abandonner leurs électrons,
les remettre aux autres atomes,
ou ils peuvent partager des électrons.
Et la dynamique de ce réseau social
est ce qui rend la chimie intéressante.
Depuis de vieux cailloux ordinaires
à la belle complexité de la vie,
la nature de tout ce que nous voyons,
entendons, sentons, goûtons, touchons,
et même ressentons
est déterminée au niveau atomique.