Un niveau d'organisation : les éléments chimiques

Distinguer élément, atome et isotope

Réponds à chaque question.

1. 1.Qu’est-ce qui définit un élément chimique ?

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   Le nombre de protons de son noyau, et lui seul.

   Aucune autre caractéristique n’entre dans sa définition.

2. 2.En quoi deux isotopes d’un même élément diffèrent-ils ?

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   Par leur nombre de neutrons.

   Ils portent le même nom et n’ont pas la même masse.

3. 3.Pourquoi dire qu’un élément « a une masse » est-il une confusion ?

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   Parce que c’est un atome qui a une masse, et deux isotopes du même élément n’ont pas la même.

   L’élément, lui, n’est défini que par ses protons.

4. 4.Que compte-t-on pour nommer un élément, et pour nommer un isotope ?

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   Les protons pour l’élément, les neutrons pour l’isotope.

   Le premier nombre fixe le nom, le second la variante.

5. 5.Pourquoi la masse indiquée dans le tableau périodique est-elle une moyenne ?

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   Parce qu’elle est pondérée par l’abondance de chaque isotope.

   Aucun atome ne possède individuellement cette valeur.

Calculer une masse moyenne

Réponds à chaque question.

1. 1.Comment calcule-t-on la masse moyenne d’un élément ?

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   En pondérant la masse de chaque isotope par son abondance, puis en additionnant.

   Chaque isotope contribue à hauteur de sa part.

2. 2.Le chlore naturel comporte environ 75 % de masse 35. Que vaut cette contribution ?

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   26,25.

   On multiplie 35 par la part de 0,75.

3. 3.Il comporte environ 25 % de masse 37. Que vaut cette contribution ?

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   9,25.

   On multiplie 37 par la part de 0,25.

4. 4.Quelle masse moyenne le tableau indique-t-il alors, et que faut-il en dire ?

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   Environ 35,5 — une valeur qu’aucun atome de chlore ne possède individuellement.

   On additionne les deux contributions pondérées.

Situer l'origine des éléments

Réponds à chaque question.

1. 1.Quels noyaux se sont formés dans les tout premiers instants de l’Univers ?

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   Les plus légers : hydrogène et hélium, avec des traces de lithium.

   Aucun élément lourd n’y a été produit.

2. 2.D’où proviennent tous les autres ?

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   De la nucléosynthèse stellaire.

   La fusion, au cœur des étoiles, assemble des noyaux légers en noyaux plus lourds.

3. 3.Où se forment les éléments les plus lourds encore ?

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   Dans des épisodes violents de fin de vie stellaire.

   Ils sont ensuite dispersés dans le milieu interstellaire.

4. 4.Qu’est-ce que cela implique pour la matière dont nous sommes faits ?

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   Qu’elle a une histoire, dont son abondance actuelle garde la trace.

   Le carbone de nos os a été fabriqué au cœur d’une étoile.

Interpréter une abondance

Réponds à chaque question.

1. 1.De quoi l’Univers est-il très majoritairement fait ?

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   D’hydrogène et d’hélium.

   Ce sont les éléments formés dans les premiers instants.

2. 2.De quoi la croûte terrestre est-elle riche, et pourquoi ?

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   D’oxygène et de silicium, parce que les éléments légers et volatils n’y ont pas été retenus.

   Le classement diffère donc de celui de l’Univers, et c’est attendu.

3. 3.Quels éléments la matière vivante privilégie-t-elle ?

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   Le carbone, l’hydrogène, l’oxygène et l’azote.

   C’est un troisième classement, propre à ce milieu.

4. 4.Que faut-il vérifier avant d’exploiter une donnée d’abondance ?

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   Si elle est donnée en masse ou en nombre d’atomes, et de quel milieu elle parle.

   Comparer deux milieux non comparables conduit à voir une anomalie là où il n’y en a pas.

Repérer une erreur et la corriger

Chaque affirmation est fausse. Écris ce qu’il fallait dire.

1. 1.« Deux atomes qui n’ont pas la même masse sont deux éléments différents. »

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   Ce sont deux isotopes du même élément s’ils ont le même nombre de protons.

   L’élément est défini par les protons, l’isotope par les neutrons.

2. 2.« Le fer et l’or se sont formés au début de l’Univers, comme l’hydrogène. »

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   Les éléments plus lourds que l’hélium ont été fabriqués dans des étoiles.

   Seuls hydrogène, hélium et des traces de lithium datent des premiers instants.

3. 3.« La croûte terrestre est riche en oxygène alors que l’Univers est fait d’hydrogène : c’est une anomalie. »

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   Les deux milieux ne sont pas comparables : les éléments légers et volatils n’ont pas été retenus dans la croûte.

   Trois milieux donnent trois classements, et aucun n’est une anomalie.