Les éléments chimiques (version 1)

1 - Une longue histoire de la matière

UN NIVEAU d'ORGANISATION

LES ELEMENTS CHIMIQUES

Act 1 : Origine des éléments chimiques

La matière, qu'elle soit inerte ou vivante, est constituée d'éléments chimiques organisés en structures complexes.

Comment, à partir du seul élément hydrogène, la diversité des éléments chimiques est-elle apparue ?

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1. Rappels : éléments chimiques - noyaux - isotopes

2. Identification d'éléments chimiques par spectroscopie

3. Formation des éléments chimiques

3.1 Du big bang à nos jours

3.2 Deux transformations pour former des éléments nouveaux

4. Abondance des éléments chimiques

Rappels : éléments chimiques - noyaux - isotopes

Un élément chimique est caractérisé par son nombre noté Z. 1.1 Comment appelle t-on cette lettre ? 1.2 Que repésente ce nombre ? Il est constitué de l'ensemble des entités chimiques (atomes ou ions monoatomiques) ayant le même Z. 1.3 Décrire un atome dans le modèle de Böhr. Vous utiliserez un schéma pour le représenter et vous préciserez le nom et la charge des différentes particules. Le noyau d'un atome est représenté symboliquement par la notation AZX. 1.4 Que désigne X ? 1.5 Comment nomme t-on la lettre A ? Que représente ce nombre ? 1.6 Application : donner la composition des noyaux suivants : 146C - 10747Ag - 20882Pb

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Le carbone existe sous la forme 146C mais aussi 136C et 126C. Ces atomes sont dits ISOTOPES. 1.7 Pourquoi peut-on dire qu'il s'agit bien d'atomes de carbone ? 1.8 Qu'ont-ils de commun ? de différents ? 1.9 Donner la composition des 3 isotopes du carbone La plupart des atomes ont plusieurs isotopes naturels. Certains sont stables d'autres sont instables (donc radioactifs). Chaque isotope est présent dans les proportions connues, dépendant de l'atome considéré. Exemple : l'atome d'hydrogène existe sous la forme 11H : 99% - 21H : 1% - 31H : traces 1.10 Donner la composition des 3 isotopes de l'hydrogène. 1.11 Dans un échantillon de 100 noyaux d'hydrogène, combien y a t-il de noyaux 11H, de 21H et de 31H ?

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Identification d'éléments chimiques par spectroscopie

La spectroscopie est l'étude des spectres de rayonnement d'émission et d'absorption d'une substance. Animation Cette technique d'analyse très précise utilisée en astronomie permet de déterminer la composition chimique des étoiles, où se concentre la matière de l'Univers.

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Questions Spectre émis par l'étoile PCygni Valeurs des principales raies présentes dans des spectres d'émission 2.1 Qu'est ce qu'un spectre de rayonnement ? 2.2 Comment obtient-on un spectre d'émission ? et un spectre d'absoprtion ? 2.3 Expliquer comment identifier les éléments chimiques d'une étoile. 2.4 Identifier les 2 éléments chimiques majoritairement présents dans la matière stellaire de l'étoile P Cygni dans la constellation du Cygne.

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Formation des éléments chimiques

3.1 Du big bang à nos jours

Doc 2 : les travaux de Hans Bethe

Doc 1 : nucléosynthèses

Vidéo : Comment s'est créée la matière ? Cette vidéo résume l'origine des éléments constituant notre Univers depuis le Big Bang à nos jours.

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Doc 3 : poussières d'étoiles

Astrophysien québécois et vulgarisateur scientifique

Questions 3.1.1 Réaliser une frise chronologique résumant les grandes dates de l'Univers à partir du Big Bang. 3.1.2 Tous les éléments chimiques sont-ils apparus en même temps dans l'Univers ? Quels sont les premiers à apparaître lors de la nucléosynthèse primordiale ? 3.1.3 Comment la nucléosynthèse stellaire a t-elle permis de former les éléments de plus en plus lourds ? Pourquoi parle t-on de fusion nucléaire ? Quel est le noyau le plus lourd obtenu par nucléosynthèse stellaire dans les étoiles les plus massives ? 3.1.4 Qu'appelle t-on une supernova ? Pourquoi parle t-on de nucléosynthèse explosive ? Quels sont les causes et les conséquences de l'explosion d'une supernova ?

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3.2 Deux transformations pour former des éléments nouveaux

Doc 2 : fission nucléaire

Doc 1 : fusion nucléaire

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Questions 3.2.1 Définir la réaction de fusion nucléaire. 3.2.2 Attribuer les noms suivants aux chiffres du document 1 : neutron - hélium - deutérium - tritium. 3.2.3 Sachant que les noyaux de deutérium et de tritium ont tout 2 un proton, comment qualifier ces éléments ? 3.2.4 Définir la réaction de fission nucléaire. 3.2.5 Attribuer les noms suivants aux chiffres du document 2 : neutron - noyau cible - produits de la réaction. 3.2.6 Pourquoi peut-on parler de "réaction en chaîne" ?

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3.2 Deux transformations pour former des éléments nouveaux

Doc 3 : la formation d'éléments lors des nucléosynthèses stellaire et explosive

Nucléosynthèse stellaire

Nucléosynthèse explosive

A la fin de vie d'une étoile, une quantité d'énergie considérable est libérée et plusieurs transformations nucléaires se produisent. On parle alors de supernova. Plusieurs éléments sont créés.

Au coeur d'une étoile massive, les éléments sont répartis en couches. On observe alors plusieurs transformations successives.

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Questions 3.2.7 En vous appuyant sur les exemples des réactions nucléaires du document , peut-on qualifier les transformations de chimiques ? 3.2.8 Parmi les équations des transformations nucléaires proposées dans le document 3, lesquelles correspondent à la fission de noyaux ? celles à la fusion de noyaux ? Justifier. 3.2.9 Résumer la différence majeure entre la fission et la fusion.

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Abondance des éléments chimiques

Doc : abondance des éléments dans l'Univers, la Terre et les êtres vivants

Dans l'Univers

Dans le globe terrestre

Dans les êtres vivants

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Questions 4.1 Quels sont les 2 éléments les plus présents dans l'Univers ? Ce résultat vous semble t-il cohérent ? Pourquoi ? 4.2 Construire à l'aide d'un tableur les diagrammes circulaires donnant l'abondance des éléments chimiques dans le globe terrestre et dans le corps humain. 4.3 Citer les principaux éléments présents sur Terre puis ceux dans les êtres vivants. 4.4 Comparer l'ensemble des diagrammes. Les éléments sont-ils répartis dans les mêmes proportions dans tout l'Univers ? Conclure. 4.5 Justifier à l'aide du document ci-dessous l'abondance des éléments les plus présents dans l'atmosphère et dans l'eau de mer.

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Un spectre d'absorption est obtenu lorsque qu'une lumière blanche ayant un spectre continu traverse un corps gazeux. Selon la composition chimique du gaz, le spectre initialement continu présente alors des raies noires correspondant aux longueurs d’onde absorbées. Les longueurs d'ondes absorbées par une substance correspondent aussi aux longueurs d'ondes des rayonnements figurant dans son spectre de raie d'émission. Les raies noires figurant dans un spectre d'absorption permettent donc d'identifier les substances qui ont été traversées par la lumière. Spectre d'émission de l'hydrogène Spectre d'absorption de l'hydrogène

En plaçant un écran, à la sortie d'un prisme, on peut observer un spectre d'émission de rayonnement. -> Spectre de rayonnement de la lumière blanche. Ce spectre est un spectre continu (une bande colorée unique) -> Spectre de rayonnement d’une lumière monochromatique. Ce spectre est un spectre de raies. Chaque type d'atome ou d'ion possède un spectre d'émision de raies bien déterminé qui permet de l'identifier.

Atome d'hydrogène

Atome de mercure