La matière dans l’Univers – 3ème – Cours

Cours pour la 3ème : 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

 



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