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Les mots-clés du chapitre

Big Bang, Courbe de décroissance radioactive, Demi-vie, Elément chimique, Fission, Fusion, Nucléosynthèse, Radioactivité

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Sur Terre, il est possible d’analyser la composition chimique des éléments, dans les roches comme dans les êtres vivants. Par contre, pour accéder à la connaissance de la composition de l’Univers, il faut utiliser des outils d’analyse indirecte (analyse de la lumière, spectrométrie de masse, etc).

Dans ce chapitre, nous allons comprendre comment s’est formée la matière et comment elle est répartit dans les différents domaines, des étoiles aux êtres vivants.

Problématique

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

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I – La formation des éléments chimiques de l’Univers

Pb : Comment les éléments chimiques ont-ils été synthétisés dans l’Univers ?

L’immense diversité de la matière dans l’Univers se décrit à partir d’un petit nombre de particules élémentaires qui se sont organisées de façon hiérarchisée, en unités de plus en plus complexes, depuis le Big Bang jusqu’au développement de la vie.

Il y a 13,8 milliards d’années, le Big Bang a eu lieu. L’Univers est depuis en expansion et en cours de refroidissement.

Lors de la nucléosynthèse primordiale, des noyaux d’hydrogène et d’hélium se sont formés. Ensuite, lors de la nucléosynthèse stellaire, les atomes d’hydrogène et de lithium se concentrent sous l’effet de la gravité pour former les étoiles. Au sein des étoiles, des noyaux de fusionnent formant progressivement des atomes plus gros.

Enfin, en fin de vie, les étoiles explosent libérant les atomes formés et favorisant encore la formation de nouveaux éléments chimiques.

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Vidéo de l’activité 1

II – La répartition des éléments chimiques

Pb : Dans quelles proportions se répartissent les éléments chimiques dans l’Univers, la Terre et la matière vivante ?

La plupart de la matière de l’Univers est constituée d’hydrogène H (93%) et d’hélium He (6%). Par contre, la Terre est surtout constituée d’oxygène (O), d’hydrogène (H), de fer (Fe), de silicium (Si) et de magnésium (Mg). Enfin, chez les êtres vivants, les atomes les plus abondants sont le carbone (C), l’hydrogène (H), l’oxygène (O) et l’azote (N).

L’ensemble des objets de l’Univers est donc constitué par des éléments chimiques mais dans des proportions variables. Les éléments les plus abondants étant l’hydrogène et l’hélium.

Dans ce chapitre 1 du thème 1 – Rappels des savoirs travaillés en Physique-Chimie

Les noyaux des atomes de la centaine d’éléments chimiques stables résultent de réactions nucléaires qui se produisent au sein des étoiles à partir de l’hydrogène initial. La matière connue de l’Univers est formée principalement d’hydrogène et d’hélium alors que la Terre est surtout constituée d’oxygène, d’hydrogène, de fer, de silicium, de magnésium et les êtres vivants de carbone, hydrogène, oxygène et azote. Certains noyaux sont instables et se désintègrent (radioactivité). L’instant de désintégration d’un noyau radioactif individuel est aléatoire. La demi-vie d’un noyau radioactif est la durée nécessaire pour que la moitié des noyaux initialement présents dans un échantillon macroscopique se soit désintégrée. Cette demi-vie est caractéristique du noyau radioactif.

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