Les éléments chimiques

THÈME 1 : UNE LONGUE HISTOIRE DE LA MATIERE

Chapitre 1 : Les éléments chimiques

Comment les éléments chimiques ont-ils été synthétisés dans l’univers ?

Qu’est-ce que la radioactivité ?

Rappel : Qu’est-ce qu’un atome ? 

La matière qui nous entoure est constituée d’atomes. Chaque type d’atome constitue un élément chimique. Il existe naturellement 94 éléments, depuis l’hydrogène jusqu’au plutonium.

• Les atomes sont constitués de neutrons, protons et électrons [pic 1]
• Les particules qui constituent le noyau des atomes sont   les nucléons [pic 2]

Ces particules sont de deux types :   les protons et les neutrons [pic 3]

• En chimie, un atome est caractérisé par deux nombres :

• Le numéro atomique, noté Z, qui correspond au nombre de protons d’un atome [pic 4]
• Le nombre de masse, noté A, qui correspond au nombre de nucléons (neutrons et protons compris dans le noyau) [pic 5]
• Le noyau est souvent symboliquement noté : [pic 6]

• Le numéro atomique                   détermine l’identité de l’atome, c’est-à-dire la nature de l’élément chimique. [pic 7][pic 8]

Doc 1 : Histoire simplifiée de l’Univers

Nul ne sait ce qui existait avant ou s’il existait un avant, mais le

Big Bang est un modèle physique qui permet de décrire l’évolution de

l’Univers depuis 13,7 milliards d’années.

Au départ, l’Univers devait être un mélange de quarks, d’électrons,

de photons et de gluons.

Cet état condensé aurait permis la formation des premiers protons

et neutrons. Les particules élémentaires fusionnent alors pour

former les premiers noyaux puis  ensuite les premiers atomes :

hydrogène et hélium, c’est la nucléosynthèse primordiale.

Les premières galaxies, regroupant des milliards d’étoiles, auraient

été formées 700 millions d’années plus tard.

Notre planète, la Terre, se serait formée il y a 4,5 milliards d’années, peu de temps après notre Soleil.

Il aurait fallu près d’un milliard d’années pour que les premières bactéries, à l’origine de la vie, y fassent leur apparition.  

Vidéo : « Comment s’est créé la matière ? » :  https://www.youtube.com/watch?v=I-fWI6dKEys

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Doc 2 : Les nucléosynthèses dans les étoiles 

Après la nucléosynthèse primordiale, les éléments plus lourds sont formés au sein des étoiles :

c’est la nucléosynthèse stellaire. Les étoiles naissent de la contraction d’un nuage de gaz sous l’effet de

l’interaction gravitationnelle. Ce nuage est composé essentiellement d’hydrogène et d’un peu d’hélium.

A cause de la compression, la température augmente considérablement au cœur du nuage et les

premières réactions de fusions nucléaires, qui dégagent une énergie formidable et produisent de

nouveaux noyaux, apparaissent. La fusion de l’hélium permet ainsi de donner de nouveaux noyaux :

carbone, azote et oxygène.  Au fur et à mesure des fusions, l’étoile forme des éléments de plus en plus

lourds jusqu'au fer. Le cœur de l'étoile gagne en masse jusqu'à s'effondrer sous son propre poids en

expulsant les couches externes de l'étoile. Les éléments plus lourds que le fer (Z>26) se forment lors de cette

explosion : c’est la nucléosynthèse explosive.

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Doc 3 : Fusion ou fission ?

On parle de fusion nucléaire quand deux noyaux atomiques légers s'unissent pour former un seul noyau plus lourd. Au contraire, on parle de fission nucléaire, lorsqu'un noyau atomique lourd est scindé en plusieurs noyaux plus légers. Cette réaction est celle utilisée dans les réacteurs des centrales nucléaires. Les réactions de fusion et de fission nucléaires ont pour point commun de libérer une quantité considérable d'énergie. Elles libèrent parfois des particules (neutron, électron, positon). La fusion et la fission sont des réactions qui sont « provoquées », mais qui peuvent se produire dans les étoiles de façon  naturelle. Elles ont besoin d’énergie pour se produire.[pic 17]

Vidéos  Fusion nucléaire : https://www.youtube.com/watch?v=H3QVkmEh-Fw

          Fission nucléaire : https://www.youtube.com/watch?v=pbwrGH9alCg

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Doc 4 : Histoire de la radioactivité[pic 25]

En 1895, le physicien allemand Wilhelm Röntgen découvre les rayons X. Ce rayonnement

électromagnétique, semblable à la lumière, est très pénétrant.

 Il obtient le prix Nobel de Physique en 1901.                                          Image de la main de Mme Röntgen

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