LES ELEMENTS CHIMIQUES L’immense diversité de la matière dans l’Univers se décrit à partir d’un petit nombre de particules élémentaires qui se sont organisées en unités de plus en plus complexes, depuis le Big Bang jusqu’au développement de la vie. Comment, à partir du seul élément hydrogène, la diversité des éléments chimiques est-elle apparue ? Aborder cette question nécessite de s’intéresser aux noyaux atomiques et à leurs transformations. RAPPEL : X : element chimique A (en haut a gauche) = nbre de nucleons (Protons + Neutrons) ou nombre de masse Z (en bas a gauche) = nbre de protons = nbre electrons = nbre de charges ou numero atomique Carbone 14 : A=14 Potasium 40 : A=40 1) Origine elements chimiques 2 premiers elements = Hydrogene H et Helium He H = element chimique initial H et He sont les elements les plus abondants. Au cours d'une reaction nucleaire, un ou plusieurs noyaux se transforment. Fusion et fission en sont 2 exemples au cours desquels les nombres de neutrons et de protons se conservent. Ces reactions liberent de grandes qualites d'energie. FUSION = reaction nucleaire au cours de laquelle 2 noyaux legers s'unissent pour former un noyau plus lourd. Ce type de reaction a lieu en permanence au sein des etoiles et permet la formation des elements chimiques. Par la fusion, le nombre de nucleons et de protons augmente creant ainsi des noyaux plus lours = formation des etoiles. FISSION = reaction nucleaire au cours de laquelle un noyau lourd est scinde en 2 noyaux plus legers sous l'impact d'un neutron. 2) Equations nucleaires Lors d’une réaction de fusion nucléaire, deux noyaux légers s’unissent en un noyau plus lourd. La fission nucléaire est l’éclatement, sous l’impact d’un neutron, d'un noyau en deux noyaux plus légers. 3) Decroissance radioactive Lorsque les noyaux des éléments chimiques ne se désintègrent pas spontanément, on les dit stables. D’autres sont instables et sont susceptibles de se désintégrer, ce sont des noyaux radioactifs : ils se transforment de manière spontanée, irréversible et aléatoire en d’autres noyaux, en une ou plusieurs étapes, en émettant des rayonnements, et ce jusqu’à devenir des noyaux stables. Il existe dans la nature une soixantaine d’éléments dont les noyaux sont radioactifs. Ils sont issus de la formation de la Terre, il y a environ 5 milliards d’années. Certains se sont désintégrés et ont fini par produire des noyaux stables. D’autres existent toujours, comme l’uranium 238 (dans la croûte terrestre), le potassium 40 (dans le lait et le poisson) ou le carbone 14 (dans l’atmosphère) et continuent à se désintégrer. La radioactivité naturelle présente généralement peu de dangers, car les doses de rayonnements émis restent faibles. PERIODE RADIOACTIVE ou DEMI-VIE notée t1/2 = duree au bout de laquelle la moitie des noyaux radioactifs d'un echantillon s'est desintegree. Chaque élément radioactif est caractérisé par sa période radioactive (ou demi-vie). - Iode 131 = 8 jours - Uranium 235 = 4,5x10(puissance)9 ans - Césium 137 = 30 ans - Polonium 212 = 3x10(puissance)-7 s - Carbone 14 = 5730 ans Tout échantillon radioactif évolue de la même façon au cours du temps suivant une courbe appelée courbe de décroissance radioactive. Lorsqu’un organisme meurt, il ne reçoit plus de 14C et celui qu'il contient va se désintégrer peu à peu. On mesure ce nombre et on en déduit depuis quand l’organisme ne vit plus. BILAN : 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.