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Idée reçue : L'Atomium représente un atome |
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Par Franck Stevens
Article mis en ligne le 14/01/14 |
On entend souvent dire que l'Atomium représente un atome de fer. C'est une erreur compréhensible étant donné son nom, mais une erreur tout de même !
Commençons par le commencement : l'Atomium a été construit à Bruxelles à l'occasion de l'Exposition universelle de 1958. On dit de lui à l'époque qu'il « incarne l’audace d’une époque voulant confronter le destin de l’Humanité avec les découvertes scientifiques ». Son histoire est similaire à celle de la tour Eiffel, construite pour l'exposition universelle à Paris en 1889. Comme elle, il devait à l'origine être détruit à la fin de l'exposition, mais il a été sauvé grâce à sa popularité et il est aujourd'hui devenu l'un des symboles de sa ville.
L'Atomium, monument emblématique de Bruxelles à la gloire de la science (pour rappel, l'autre monument emblématique de la ville est à la gloire de la miction)
Image : Galerie flickr de « Dave »
L'Atomium, monument emblématique de Bruxelles à la gloire de la science (pour rappel, l'autre monument emblématique de la ville est à la gloire de la miction)
Image : Galerie flickr de « Dave »
On entend souvent dire que l'Atomium, avec ses 102 mètres de haut et ses neuf sphères de 18 mètres de diamètre, représente un atome (et plus précisément un atome de fer). En réalité, il en représente neuf : chaque sphère représente un atome entier !
Si les concepteurs de l'Atomium avaient voulu représenter ne serait-ce qu'un atome de fer dans les détails, ils auraient en effet d'abord dû représenter son noyau (constitué de 26 protons et 30 neutrons) puis les 26 électrons qui l'entourent... ce qui aurait nécessité un total de 82 sphères !
Si l'Atomium devait représenter un seul atome de fer mais dans le détail : 26 protons et 30 neutrons au centre, entourés de 26 électrons répartis selon la structure 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2
Image originale : Galerie flickr de « Dave », retouches par Franck Stevens
Si l'Atomium devait représenter un seul atome de fer mais dans le détail : 26 protons et 30 neutrons au centre, entourés de 26 électrons répartis selon la structure 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2
Image originale : Galerie flickr de « Dave », retouches par Franck Stevens
Heureusement pour ceux qui l'ont construit, l'Atomium ne représente pas un atome de fer mais, selon sa description officielle, « un cristal élémentaire de fer agrandi 165 milliards de fois ». Même si ce n'est pas évident à l'œil nu, le fer est en effet un cristal
Un cristal est un solide dont les éléments constitutifs à l'échelle microscopique (atomes, molécules ou ions) sont organisés selon une structure ordonnée qui se répète dans toutes les directions.
, ce qui veut dire que les atomes qui le composent sont organisés selon une structure bien précise, la « maille élémentaireLa maille élémentaire d'un cristal est sa plus petite structure constitutive qui caractérise son organisation dans l'espace. Ainsi, on peut voir un cristal comme une répétition de sa maille élémentaire dans toutes les directions.
», qui se répète dans toutes les directions. En l'occurrence, ils suivent une structure dite « cubique centrée » :
La maille élémentaire d'un cristal de fer : huit atomes disposés aux coins d'un cube et un neuvième atome au centre. Posez-la sur sa pointe (à droite) et vous obtenez un Atomium miniature !
Image originale : Wikimedia Commons, retouches par Franck Stevens
La maille élémentaire d'un cristal de fer : huit atomes disposés aux coins d'un cube et un neuvième atome au centre. Posez-la sur sa pointe (à droite) et vous obtenez un Atomium miniature !
Image originale : Wikimedia Commons, retouches par Franck Stevens
L'Atomium ne représente donc pas un seul atome de fer, mais neuf atomes disposés selon une structure cubique centrée. Le fer n'est pas la seule substance à posséder cette structure cristalline : il serait par exemple tout à fait correct de dire que l'Atomium représente un cristal de lithium, de sodium, de potassium, de rubidium, de baryum, de vanadium ou de chrome, puisque leurs atomes constitutifs sont agencés de la même façon.
Dans les cristaux de toutes ces substances, les atomes sont donc agencés en minuscules cubes placés côte à côte et empilés dans toutes les directions, structure qui se répète un très grand nombre de fois. À titre indicatif, un gramme de fer pur contient environ dix mille milliards de milliards d'atomes (1022) !
Le cristal de fer est composé de huit atomes disposés en cube et d'un neuvième atome au centre (à gauche), structure qui se répète ensuite dans toutes le directions (à droite)
Image originale : General Chemistry: Principles, Patterns, and Applications, Bruce Averill et Patricia Eldredge
Le cristal de fer est composé de huit atomes disposés en cube et d'un neuvième atome au centre (à gauche), structure qui se répète ensuite dans toutes le directions (à droite)
Image originale : General Chemistry: Principles, Patterns, and Applications, Bruce Averill et Patricia Eldredge
Pour la petite histoire, l'Atomium ne représente le cristal élémentaire de fer que dans une certaine gamme de température et de pression : la structure cristalline du fer dépend des conditions dans lesquelles on se trouve ! Dans les conditions normales de température et de pression 
Selon la température et la pression, le fer a une structure cristalline cubique centrée (fer alpha), cubique face centrée (gamma) ou hexagonale compacte (epsilon)
Image originale : Wikimedia Commons, retouches par Franck Stevens
Conditions physiques définies par une température de 0°C (273,15 K) et une pression de 1 atmosphère (soit 1,01325 bar ou 101325 Pa). D'autres conventions sont toutefois parfois rencontrées, comme une température de 25°C (298,15 K) et une pression de 1 bar (soit 0,986 atmosphère ou 100000 Pa).
, il a bien une structure cubique centrée comme représenté sur l'Atomium, mais chauffez-le un peu trop ou augmentez la pression et il changera de structure. Selon la température et la pression, le fer a une structure cristalline cubique centrée (fer alpha), cubique face centrée (gamma) ou hexagonale compacte (epsilon)
Image originale : Wikimedia Commons, retouches par Franck Stevens
En définitive, l'Atomium ne représente donc pas un atome, mais bien la structure cristalline du fer et de nombreuses autres substances... dans des conditions de température et de pression bien précises. Voilà qui est clair comme du cristal !
Pour en savoir plus |
- Atomium.be [en français]
Site officiel de l'Atomium
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Classement |
Auteur(s) : Franck Stevens
Catégorie : Idée reçue
Discipline(s) : Géologie ; Chimie
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