Version élève Chapitre 1 Eléments chimiques (1ère Ens Scien)

THEME 1:UNE LONGUE HISTOIRE DE LA MATIERE

Chapitre 1:Les éléments chimiques

I/ Constitution de la matière

Toute la matière de l'Univers est constituée d'atomes.

1°) Rappels sur l'atome Un atome est constitué principalement de vide, mais également d’un noyau autour duquel se déplacent des électrons.

Le noyau est constitué de particules appelées nucléons, il en existe deux sortes : - les protons : particules chargées positivement ; - les neutrons : particules neutres.

Le noyau d'un atome est représenté symboliquement par la notation : Avec, X : le symbole de l’élément chimique A : le nombre de nucléons (protons + neutrons), appelé nombre de masse Z : le nombre de protons, appelé numéro atomique ou nombre de charges. Le nombre de neutrons N est donné par le calcul : N = A – Z.

Exemple 1 : Le symbole représente le noyau d’un atome d'aluminium. Ce noyau est composé de : - ......................... nucléons - ......................... protons - ......................... neutrons

On dit que 2 noyaux sont isotopes, s’ils possèdent le même numéro atomique (même nombre de protons) mais un nombre de masse différent (nombre de neutrons différent).Exemple 2 : Quels sont les noyaux isotopes parmi les propositions suivantes :

2°) La diversité de la matière

2°) La diversité de la matière

La matière connue de l’Univers est formée principalement d’hydrogène et d’hélium alors que la Terre est surtout constituée d’oxygène, de fer, de silicium et les êtres vivants de carbone, hydrogène, oxygène et azote.

Aujourd'hui on dénombre 118 éléments chimiques différents, regroupés dans le tableau périodique des éléments.

D'où vient la diversité des éléments chimiques ?

II/ L'origine des éléments chimiques

C’est à partir de l’hydrogène initial qu’apparaissent les autres éléments chimiques plus lourds : au sein des étoiles, de nouveaux noyaux se forment lors de réactions de fusion nucléaire.

1°) Réaction de fusion nucléaire

La fusion est une réaction nucléaire dans laquelle 2 noyaux légers s’unissent pour former un noyau plus lourd, en ejectant une particule et en libérant une importante quantité d’énergie (lumineuse et thermique).

Exemple : Un noyau de deutérium fusionne avec un noyau de tritium pour former un noyau d'hélium en libérant un neutron .

Remarque : les noyaux de deutérium et tritium sont des isotopes de l'hydrogène.

Les éléments plus lourds que l’hélium sont ainsi produits dans les étoiles plus massives ou dans le dernier stade de la vie des étoiles (supernova), par fusions successives.

Exercices 1 à 7

2°) Réaction de fission nucléaire

Il existe une autre transformation nucléaire appelée fission : transformation au cours de laquelle un noyau lourd se casse sous l’impact d’une particule, pour former deux noyaux plus légers. La réaction libère une importante quantité d'énergie.

Exemple : Un noyau d'Uranium 235 bombardé par un neutron se scinde en deux noyaux plus légers : Strontium 94 et Xenon 139, libérant trois neutrons.

III/ Le phénomène de radioactivité

1°) DéfinitionCertains isotopes ne sont pas toujours stables (noyaux trop lourds, force de cohésion trop faible…). Ils vont alors se transformer, se désintégrer en un autre noyau plus stable, tout en émettant une particule et une quantité d'énergie : c’est le phénomène de radioactivité.

Ce phénomène aléatoire et spontané, est découvert par Henri Becquerel en 1896.

Exemple 1 : L'uranium 238 présent dans le sol, est un élément naturellement radioactif. Son équation de désintégration alpha s'écrit :

Exemple 2 : voir activité documentaire 2

Exemple 3 : Parmi les propositions ci-dessous, identifier celle qui correspond à la désintégration spontanée d'un noyau radioactif : a) b) c)

Activité documentaire 2 : Le phénomène de radioactivité

2°) Période radioactive ou demi-vieLa population de noyaux radioactifs décroît au cours du temps suivant une loi mathématiques :

No = nombre de noyaux radioactifs présents à l'instant to

Selon sa nature, l’activité radioactive d’un noyau sera plus ou moins élevée dans le temps. On caractérise un élément radioactif par sa demi-vie t1/2 (ou période radioactive T) : durée au bout de laquelle le nombre initial de noyaux radioactifs No est divisé par 2. L'activité radioactive A d'un noyau, correspond au nombre de désintégration ayant lieu en 1 seconde, elle est exprimée en Becquerel (Bq) : 1 Bq = 1 désintégration/seconde

Exemple : Déterminer la demi-vie du Strontium.

Exercices 8, 9 et 12