Cours pour la 3eme Secondaire : La matière dans l’Univers
Chapitre 3 – La matière dans l’Univers
- Thème 1 : Organisation et transformations de la matière
- Module 3-Organisation de la matière dans l’Univers
I/ Le modèle du Big Bang et l’origine de la matière
- Le Big Bang est un modèle qui décrit la naissance et l’évolution de l’Univers depuis un état chaud et très dense, il y a 13,8 milliards d’année. L’Univers est actuellement en constante expansion.
- Dès les premières minutes, les noyaux des atomes les plus légers ont été synthétisés (H, He, Li, Be), grâce à des températures de l’ordre du milliard de degrés qui ont permis la réaction de fusion (Module 6-Ch.4).
- Au sein des étoiles, les températures de quelques millions de degrés permettent la synthèse des éléments chimiques plus lourds jusqu’au Fer (Fe) en plusieurs millions voire milliards d’années : c’est la nucléosynthèse.
- Pour synthétiser des éléments chimiques plus lourds que le fer, la température doit augmenter encore : cela n’est possible que dans les supernovas (explosions d’étoiles), en quelques secondes.
- La matière est partout la même, sur Terre et dans l’Univers car elle provient toujours des mêmes processus de synthèse de noyaux plus lourds à partir de noyaux plus légers.
Le modèle du Big-Bang
II- La structure de l’atome
Activité documentaire : La description de l’atome
Dimension
- L’atome est constitué d’un noyau autour duquel se déplacent les électrons.
- Les dimensions du noyau sont environ 100 000 fois inférieure à celle de l’atome (0,1 nanomètre et 1nm=1.10-9 m). L’atome est donc formé essentiellement de vide: on dit qu’il a une structure lacunaire.
Constitution
- Le noyau est constitué de nucléons notés A: les protons et les neutrons (notés N).
- Un proton possède une charge positive, notée +, et un neutron n’est pas chargé électriquement.
- Un électron possède une charge négative (notée -) exactement opposée à celle du proton. L’atome comporte autant de protons dans le noyau que d’électrons se déplaçant autour de celui-ci : sa charge totale est donc nulle, on dit que l’atome est électriquement neutre.
Remarque : Les molécules, étant formées d’atomes, sont électriquement neutres.
- Chaque élément chimique possède un nombre déterminé de protons, noté Z: c’est le numéro atomique.
- Tous les éléments sont classés dans la classification périodique de Mendeleïev par numéro atomique croissant.
Tableau de Mendeleïev
- On symbolise un atome par :
où X est le symbole de l’atome.
Masse
- La masse du noyau vaut des milliers de fois celle des électrons : la masse d’un atome est donc concentrée dans le noyau. De ce fait, A (nombre de nucléons) est appelé le nombre de masse.
Isotopes
- Deux atomes peuvent avoir le même numéro atomique Z mais des nombres de masse A (nucléons) différents: on les appelle des isotopes.
Exemples : carbone 12, carbone 13 et carbone 14
III- Les lois de la matière
La matière, qu’elle soit infiniment petite ou infiniment grande, obéit aux mêmes lois.
Cohésion et mouvement de la matière
- Les interactions entre les constituants de la matière régissent sa cohésion et les mouvements observés.
- L’interaction électrostatique entre le noyau de l’atome (chargé positivement) et les électrons (chargés négativement) explique la cohésion de l’atome.
Remarque : Deux charges de signes opposés s’attirent alors qu’elles se repoussent si elles sont de mêmes signes.
- L’interaction gravitationnelle entre le Soleil et les autres planètes explique leur mouvement et la cohésion du système solaire (voir Ch2-Module 5).
Lois de conservation
- De l’infiniment petit à l’infiniment grand, les principes de conservation régissent la matière.
- On trouve :
La conservation de la masse lors d‘une transformation physique ou chimique (voir Ch1- Module 2)
La conservation du nombre de chaque type d’atomes dans une transformation chimique (voir Ch1.-Module 2)
La conservation du nombre de chaque type de nucléons dans une transformation nucléaire (voir Ch4-Module 6)
La conservation de l’énergie (voir Ch2-Module 6)
Dans ce chapitre 3 consacré aux “La matière dans l’Univers”, vous trouverez également :
- Feuille d’exercices
- Activité documentaire : La description de l’atome
