De l'atome à l'Univers

De l'atome à l'Univers

Du noyau d'hydrogène à la galaxie : tout est fait des mêmes briques.

Comment est constitué un atome ?

Un atome est constitué d'un noyau central autour duquel se déplacent des électrons.

Noyau Contient les protons (charge +) et les neutrons (sans charge). Très petit et concentre quasiment toute la masse.

Électrons Très légers, chargés négativement, en mouvement autour du noyau. Ce sont eux qui « font » le volume de l'atome.

L'atome est électriquement neutre Il y a autant de protons (charges +) que d'électrons (charges −). Au total, l'atome ne porte aucune charge électrique.

Le numéro atomique Z définit l'élément

Numéro atomique Z Nombre de protons dans le noyau d'un atome. C'est la carte d'identité de l'élément chimique : tous les atomes d'un même élément ont le même Z.

Symboles à connaître H, Hydrogène (Z = 1)He, Hélium (Z = 2)C, Carbone (Z = 6)N, Azote (Z = 7)O, Oxygène (Z = 8)Na, Sodium (Z = 11)Mg, Magnésium (Z = 12)Al, Aluminium (Z = 13)Cl, Chlore (Z = 17)Ca, Calcium (Z = 20)Fe, Fer (Z = 26)Cu, Cuivre (Z = 29) Convention d'écriture

La première lettre du symbole est en majuscule, la deuxième (s'il y en a une) en minuscule. Exemples : Na (sodium) et non NA ; Co (cobalt) ≠ CO (monoxyde de carbone).

Molécule, ion : deux façons d'assembler la matière

Molécule Assemblage stable de plusieurs atomes liés entre eux. Elle est électriquement neutre. Exemples : H₂O, CO₂, O₂, N₂, CH₄, NH₃, C₆H₁₂O₆ (glucose).

Ion Atome ou groupe d'atomes ayant gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. Il porte donc une charge électrique.

Cation (+) Atome ou groupe d'atomes qui a perdu des électrons. Exemples : Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺, H⁺, NH₄⁺.

Anion (−) Atome ou groupe d'atomes qui a gagné des électrons. Exemples : Cl⁻, F⁻, HO⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻, CO₃²⁻.

Compter les atomes dans une formule Dans H₂SO₄ il y a 2 atomes d'hydrogène, 1 atome de soufre et 4 atomes d'oxygène. Dans C₆H₁₂O₆ (glucose) : 6 C, 12 H, 6 O. Un indice indique toujours le nombre d'atomes de l'élément qui le précède.

Du noyau à l'Univers : un voyage en puissances de 10

Les atomes sont infiniment petits, mais ils constituent tout : ton corps, l'air, la Terre, les étoiles, les galaxies.

Repères à connaître Taille d'un atome : ~ 10⁻¹⁰ m (1 dix-milliardième de mètre)

Taille d'un noyau : ~ 10⁻¹⁵ m (100 000 fois plus petit) Rayon de la Terre : 6 400 km ≈ 6,4 × 10⁶ m

Distance Terre-Lune : ~ 3,8 × 10⁸ m (≈ 384 000 km)

Distance Terre-Soleil : ~ 1,5 × 10¹¹ m (≈ 150 millions de km)

Le système solaire

Notre étoile, le Soleil, est entourée de 8 planètes qui décrivent des orbites quasi circulaires autour de lui (par ordre croissant de distance) :

Les 8 planètes (sans Pluton, déclassée) Mercure Vénus Terre (avec la Lune en orbite) Mars Jupiter, la plus grosse Saturne, célèbre pour ses anneaux Uranus Neptune

Notre Soleil n'est qu'une étoile parmi des centaines de milliards dans notre galaxie, la Voie lactée. Et il existe des centaines de milliards de galaxies dans l'Univers observable.

D'où viennent les éléments chimiques ?

Tous les atomes qui constituent notre corps et tout ce qui nous entoure ont une origine cosmique.

Une histoire en trois temps Big Bang (il y a 13,8 milliards d'années) : formation de l'hydrogène (H) et de l'hélium (He).

Cœur des étoiles : par fusion nucléaire, les étoiles fabriquent le carbone, l'oxygène, l'azote, puis tous les éléments jusqu'au fer (Fe).

Explosions d'étoiles (supernovas) : les éléments plus lourds (or, uranium, plomb…) sont formés et dispersés dans l'espace.

Le carbone de tes cellules a été forgé dans une étoile. Le fer de ton sang vient d'une supernova. Comme disait Carl Sagan : « Nous sommes faits de poussières d'étoiles ».

L'essentiel

L'atome = noyau (protons + neutrons) entouré d'électrons. Il est neutre.

Le numéro atomique Z = nombre de protons = identité de l'élément.

Une molécule est un assemblage neutre d'atomes ; un ion est chargé (cation + ou anion −).

Tailles : atome ~ 10⁻¹⁰ m, noyau ~ 10⁻¹⁵ m (100 000 fois plus petit).

Le système solaire : 1 Soleil + 8 planètes. La Terre est la 3ᵉ planète.

Tous les éléments chimiques viennent du Big Bang, des étoiles et des supernovas.