Chapitre 1 Les éléments chimiques dans l univers

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Chapitre 1

Les éléments chimiques dans l’univers

Compétences exigibles

Je dois connaître :

Tous les métaux conduisent le courant électrique, car ils possèdent des électrons libres

Le courant électrique dans les métaux est un déplacement d’électrons libres, dans le sens opposé au sens conventionnel

Un isolant ne possède pas d’électrons libres

L’atome ((taille 10^-10m) : constitué d’un noyau positif électriquement (taille 10^-15m) et d’électrons Les atomes et les molécules sont électriquement neutres ; les électrons sont chargés négativement Le noyau de l’atome est constitué de protons (positifs) et de neutrons (neutres)

Comment se sont formés les éléments chimiques, et quels sont les plus abondants dans l’Univers Je être capable de :

Comparer les ordres de grandeur des dimensions du noyau et de l’atome

Déterminer la composition du noyau d’un atome à l’aide de la classification périodique des éléments

Plan du cours

I. Tous les solides conduisent-ils le courant électrique ? 1. Expérience

Démarche d’investigation : Comment déterminer si un solide est conducteur électrique ? 2. Résultats

II. Qu’est-ce que le courant électrique dans un métal ?

Activité : structure des métaux au microscope électronique à balayage Animation Flash : Courant électrique et porteurs de charge.swf

1. Quelle est la nature du courant électrique dans les métaux ? 2. Quel est le sens de déplacement des électrons libres ? III. Qu’est-ce qu’un atome ? De quoi est-il composé ?

1. Evolution historique du modèle de l’atome Activité flash : L’histoire du modèle atomique 2. Le modèle de l’atome en classe de troisième

Voir Solo’76 : L’atome - Les dimensions de l’atome IV. Les éléments sur Terre et dans l’univers

1. La classification périodique des éléments 2. La composition de l’atome

Voir Solo’76 : Modèle et constitution de l’atome 3. L’origine des éléments chimiques

Voir Solo’76 : L'Univers et son histoire - Les éléments dans l'Univers et sur la Terre Activité p 112 du manuel.

Exercices : 8 p 118, 14 p 119, 17 p 120 Bilan du chapitre

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Chapitre 1 Les éléments chimiques dans l’univers

I. Tous les solides conduisent-ils le courant électrique ?

1. Expérience

Démarche d’investigation : Comment déterminer si un solide est conducteur électrique ? Matériel : générateur, lampe, ampèremètre, fils, pinces crocodiles, objets à tester.

Schéma du montage à refaire avec les élèves (rappels d’électricité).

2. Résultats

Les métaux sont tous conducteurs du courant électrique.

On distingue les matières conductrices des matières isolantes Certains métaux conduisent mieux le courant que d’autres.

II. Qu’est-ce que le courant électrique dans un métal ?

Activité : structure des métaux au microscope électronique à balayage https://leblob.fr/series/relief-de-invisible

Animation Flash : Courant électrique et porteurs de charge.swf

1. Quelle est la nature du courant électrique dans les métaux ?

Un métal contient des électrons, appelés électrons libres, capables de passer d’un atome à l’autre. Dans un conducteur métallique, le courant électrique est dû au déplacement d’ensemble des électrons libres.

Un isolant ne possède pas d’électrons libres.

2. Quel est le sens de déplacement des électrons libres ?

Le déplacement des électrons libres dans un métal s’effectue de la borne négative vers la borne positive du générateur, c'est-à-dire l’inverse du sens conventionnel du courant.

Schéma :

III. Qu’est-ce qu’un atome ? De quoi est-il composé ?

1. Evolution historique du modèle de l’atome

Activité flash : L’histoire du modèle atomique

Le modèle de l’atome a beaucoup évolué depuis l’idée des philosophes grecs.

De nombreux scientifiques ont participé à cette évolution :

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- Démocrite (vers 400 avant JC) évoque les « atomos » : insécable.

- John Dalton (vers 1803) parle d’atomes différents qui seraient comparables à des boules de billard, de masses différentes ;

- Joseph Thomson (1904) découvre l’électron et crée un modèle atomique (surnommé pudding de Thomson), il imagine l'atome comme une sphère remplie d'une substance électriquement positive et fourrée d'électrons négatifs "comme des raisins dans un cake".

- Ernest Rutherford (1911) fait une expérience qui conduit à un nouveau modèle : le modèle lacunaire. Au centre de l’atome se trouve un noyau chargé positivement, 100 000 fois plus petit que l’atome, et qui renferme 99,9% de la masse de l’atome. Du vide, et des électrons qui gravitent à la périphérie.

- Niels Bohr (1913) établit des orbites définies par des niveaux d’énergies pour les électrons, soit un modèle planétaire, comme les trajectoires des planètes.

- Plusieurs scientifiques (De Broglie, Schrödinger, Heisenberg, Pauli …) expliquent qu’on ne peut connaitre la position ou la direction des électrons, on peut seulement définir des probabilités de présence de ces électrons, qui forment un nuage électronique.

2. Le modèle de l’atome en classe de troisième

On retiendra que l’atome est constitué :

- d’un noyau au centre, chargé positivement, 100 000 fois plus petit que l’atome, et qui renferme 99,9 % de la masse de l’atome.

- Du vide

- Des électrons, particules chargées négativement, en mouvement autour du noyau.

L’atome est électriquement neutre (il n’est pas chargé électriquement) et a une structure lacunaire (il contient du vide).

IV. Les éléments sur Terre et dans l’univers

1. La classification périodique des éléments

John Dalton le premier parle d’atomes différents, et commence une classification.

Le russe Dmitri Mendeleïev crée la classification périodique des éléments proche de celle que nous connaissons.

Plusieurs propriétés remarquables dans ce tableau :

Les atomes qui n'ont pas le même nombre de protons n'ont pas les mêmes propriétés.

Les éléments d’une même colonne ont des propriétés chimiques semblables.

Le plus léger d'entre eux, l'hydrogène n'a qu'un proton. C'est l'élément le plus répandu dans l'Univers.

Les éléments sont classés dans le tableau périodique par leur numéro atomique Z qui est le nombre de proton dans leur noyau.

Sur ce tableau, on retrouve :

le numéro atomique Z (nombre de proton) : 5 pour le bore,

le symbole de l'élément : B pour bore, le nombre de masse (nombre de nucléons)

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2. La composition de l’atome

Quelles particules composent l’atome de carbone 12 ?

soit ¹²₆

𝐶

Dans la classification périodique des éléments : On a donc le numéro atomique : 6

Le nombre de masse : 12

L’atome de carbone 12 est constitué de : - 6 protons (chargés positivement) - 6 neutrons (neutres)

Puisque l’atome est électriquement neutre : - 6 électrons (chargés négativement)

L’atome est représenté par l’écriture symbolique :

Un exemple : l’atome d’azote.

3. L’origine des éléments chimiques

Activité p 112 du manuel.

Les éléments chimiques se forment au cœur des étoiles, par des réactions nucléaires.

Ils ne sont pas apparus en même temps, lors du big bang, de l’hydrogène et de l’hélium se sont formés, les autres éléments sont apparus ensuite.

Les éléments les plus abondants :

- Dans l’Univers : l’hydrogène, puis l’hélium - Dans les étoiles : l’hydrogène et l’hélium

- Sur Terre : oxygène, magnésium, fer et silicium.

Exercices : 8 p 118, 14 p 119, 17 p 120

12 nucléons (particules du noyau)

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Bilan du chapitre

Voir : http://webphysiquechimie.fr et votre manuel ☺ 