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Fiche à trous · Première · Enseignement scientifique

Un niveau d'organisation : les éléments chimiques

Complétez de mémoire, puis vérifiez avec la page de corrigé.

Le carbone de vos os n'a pas toujours existé. Il a été fabriqué au cœur d'une étoile, dispersé quand elle a fini sa vie, puis incorporé au nuage dont le système solaire s'est formé. Ce n'est pas une image : c'est une chronologie, et elle se lit dans l'abondance des éléments.

Élément, atome, isotope

Définition — Élément chimique et isotope :

Piège

Confondre élément chimique, atome et isotope, et employer les trois mots l'un pour l'autre.

Compter les protons pour nommer l'élément, les neutrons pour nommer l'isotope.

Exemple

Le chlore naturel est un mélange de deux isotopes : environ 75 % de masse 35 et 25 % de masse 37. Quelle masse moyenne le tableau périodique indique-t-il ?

  1. 2.
  2. 3.
  3. 4.

Résultat :

D'où viennent les éléments

Propriété

Règle

8

Un point utile pour ne pas se tromper de comparaison : l'abondance des éléments n'est pas la même partout. L'Univers est très majoritairement fait d'hydrogène et d'hélium ; la croûte terrestre, elle, est riche en oxygène et en silicium, parce que les éléments légers et volatils n'y ont pas été retenus ; la matière vivante privilégie le carbone, l'hydrogène, l'oxygène et l'azote. Trois milieux, trois classements — et aucun n'est une anomalie.

Exploiter une donnée d'abondance

  1. 9.
  2. 10.
  3. 11.
  4. 12.
  5. 13.
  • Ai-je défini l'élément chimique par le nombre de protons ?
  • Ai-je distingué isotope et élément ?
  • Ai-je dit que la masse du tableau est une moyenne pondérée ?
  • Ai-je attribué les éléments lourds à la nucléosynthèse stellaire ?
  • Ai-je précisé le milieu avant de commenter une abondance ?

Corrigé · à détacher

Un niveau d'organisation : les éléments chimiques

  1. 1. Un élément chimique est défini par le nombre de protons de son noyau, et par lui seul. Les isotopes d'un même élément ont le même nombre de protons et un nombre de neutrons différent : ils portent le même nom et n'ont pas la même masse. C'est pourquoi la masse indiquée dans le tableau périodique est une moyenne, pondérée par l'abondance de chaque isotope.
  2. 2. On pondère chaque masse par son abondance :
  3. 3. puis :
  4. 4. et on additionne :
  5. 5. Environ 35,5 — une valeur qu'aucun atome de chlore ne possède individuellement.
  6. 6. Les noyaux les plus légers — hydrogène et hélium, avec des traces de lithium — se sont formés dans les tout premiers instants de l'Univers. Tous les autres proviennent de la nucléosynthèse stellaire : la fusion, au cœur des étoiles, assemble des noyaux légers en noyaux plus lourds. Les éléments les plus lourds encore se forment dans des épisodes violents de fin de vie stellaire, et sont dispersés dans le milieu interstellaire.
  7. 7. Les éléments plus lourds que l'hélium ont été fabriqués dans des étoiles. La matière dont nous sommes faits a donc une histoire, et son abondance actuelle garde la trace des processus qui l'ont produite.
  8. 8.
  9. 9. Vérifier si l'abondance est donnée en masse ou en nombre d'atomes.
  10. 10. Préciser le milieu concerné : Univers, croûte terrestre, matière vivante.
  11. 11. Comparer des milieux comparables avant de conclure à une anomalie.
  12. 12. Relier l'abondance observée au processus qui a produit l'élément.
  13. 13. Conclure sur le milieu étudié, sans généraliser à toute la matière.