Chapitre I: Première présentation de l'univers I- Les puissances de dix II- Le vide et la matière L’astrophysicien pour décrire la distance entre le Soleil et Uranus n’écrit pas 3 OOO OOO OOO OOO m mais 3 fois 10^(12) m soit 3x10^(12)m. De même le chimiste note la taille de l’atome 10^(-10)m. Les puissances de dix permettent une écriture plus facile, c’est ce que l’on appelle l’écriture scientifique . III- La lumière dans l'univers Un atome a un diamètre d’environ 10^(-10)m alors que le noyau n’a un diamètre que de 10^(-5)m. Entre le noyau et les électrons il n’y a rien, l’atome est donc constitué principalement de vide. Pour caractériser cet espace vide situé entre le noyau et les électrons, les physiciens ont l’habitude de dire que l’atome a une structure lacunaire. Il en est de même au niveau cosmique. La vitesse de la lumière dans le vide, notée c, est égale à 3,00.10^(8 )m/s Une année de lumière (a.l) est la distance parcourue par la lumière, dans le vide, pendant une année Ordre de grandeur : 1 a.l 10^(13) km 1 a.l. = c * t Chapitre II: Les étoiles I- Influence de la température sur le rayonnement d'un corps La température modifie un spectre continu: lorsqu’elle s’élève, le spectre continu s’enrichit en radiations bleus II- Les spectres d'émission On appelle spectre d’émission , le spectre de la lumière directement émise par une source. Tout corps porté à une température suffisante émet de la lumière. Le spectre de cette lumière est un spectre d’émission continu ou de raies. Un spectre de raies d’émission est émis directement par une source, il est caractéristique d’un élément chimique : c’est la « signature » de cet élément. III- Les spectres d'absorption IV- Application à l'astrophysique et aux étoiles Le spectre d’absorption d’une substance est obtenu en analysant la lumière blanche qui a traversé cette substance. Un spectre de raies d’absorption est constitué de raies noires sur un fond continu coloré Ces raies noires correspondent à des radiations manquantes absorbées. Pour un même élément chimique, les raies colorées d’émission et les raies noires d’absorption ont les mêmes longueurs d’ondes: un atome ou un ion en phase gazeuse ne peut absorber que les radiations qu’il serait capable d’émettre La lumière émise par le cœur d'une étoile traverse les gaz à faible pression contenus dans l'atmosphère qui l'entoure. Les entités chimiques constituant ces gaz absorbent certaines radiations faisant ainsi apparaître des raies noires sur le fond continu. L'analyse de ces raies permet de connaître la composition chimique (atome, ion) de son atmosphère. L'UNIVER Chapitre III: Étude de la lumière I- Lumière et radiations Une lumière monochromatique ne peut être décomposée par un prisme: son spectre est constitué d'une seule raie colorée. La lumière est constituée que d'une seule radiation. Exemple : un laser. Une lumière polychromatique peut être décomposée par un prisme: son spectre est constitué d'un ensemble de raies colorées. La lumière est constituée que de plusieurs radiations . Exemple : La lumière blanche. on caractérise une radiation lumineuse monochromatique par un nombre appelé longueur d'onde (dans le vide ou dans l'air). La lumière visible a des longueurs d'ondes comprises entre 400 nm et 800 nm. En dessous de 400 nm c'est le domaine de l'ultra-violet (U.V.) Au dessus de 800 nm c'est le domaine de l'infra-rouge (I.R.) II- Phénomène de réfraction La réfraction est le changement de direction que subit un rayon lumineux lorsqu'il traverse la surface séparant deux milieux transparents différents. 1ère loi de la réfraction : le rayon réfracté (ainsi que le rayon incident et la normale) est dans le plan d'incidence. 2ème loi de la réfraction : n1 sin i1 = n2 sin i2 n1 : indice de réfraction du milieu 1 n2 : indice de réfraction du milieu 2 n=c/v c : vitesse de propagation de la radiation dans le vide = 3.10^8 m/s v : vitesse de propagation de la radiation dans le milieu ( m/s ) III- Dispersion de la lumière blanche par un prisme L'indice de réfraction d'un milieu transparent (autre que le vide et l'air) dépend de la longueur d'onde dans le vide de la radiation qui s'y propage. On dit alors que le prisme est un système dispersif : il disperse la lumière blanche car son indice de réfraction dépend de I- Composition d'un élément chimique 2- Cortège électronique 1- Description de l'atome 3- Les éléments chimiques Les électrons sont liés au noyau grâce à l'attraction entre leurs charges négatives et la charge positive du noyau, mais ils ne sont pas tous liés de la même façon. Ils sont répartis sur des couches électroniques . Chaque couche est représentée par une lettre : K, L, M… Les électrons qui se trouvent sur la couche K sont les plus proches du noyau et les plus liés à lui. La dernière couche qui contient des électrons est appelée la couche externe (et donc les autres sont les couches internes) X : symbole associé à la nature de l'atome A : nombre de nucléons (neutrons + protons) = nombre de masse Z : nombre de protons = numéro atomique N : nombre de neutrons = A - Z le nombre d'électron est égal au nombre de protons soit à Z, dans le cas d'un atome (non valable dans le cas d'un ion) Des atomes ou des ions monoatomiques qui ont même nombre de protons sont constitués du même élément chimique. Un ion monoatomique : est un atome dont la couche externe a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. Ex : Li+, Cl-, Na+, Mg2+ … Cependant, il est électriquement chargé donc son nombre d'électrons n'est pas égal à son nombre de protons : S'il a plus d'électrons que de protons, l'ion monoatomique est chargé négativement : c'est un anion (Cl-) S'il a moins d'électrons que de protons, l'ion monoatomique est chargé positivement : c'est un cation (Na+) Règle 1 : une couche électronique ne peut contenir qu’un nombre limité d’électrons : 2 électrons au maximum dans la couche K 8 électrons au maximum dans la couche L 18 électrons au maximum dans la couche M matome = m noyau = A x m proton Règle 2 : les électrons de l’atome remplissent progressivement les couches électroniques. Pour passer d’une couche à la suivante, il faut que la précédente soit déjà complètement remplie d’électrons : elle doit être saturée. On place d’abord les électrons dans la couche K, une fois saturée (remplie de 2 électrons) on remplit la couche L puis lorsqu'elle est saturée (remplie de 8 électrons) on remplit la couche M… ERS Des atomes (ou des ions) sont dits isotopes si leurs noyaux ont le même nombre de protons mais des nombres de neutrons différents. Lors d'une transformation chimique, tous les éléments présents avant la transformation sont nécessairement présents après et réciproquement. On dit qu'il y a conservation des éléments chimiques lors de transformations chimiques. Chapitre IV: Les éléments chimiques dans l'univers II- Différents éléments chimiques Certains éléments restent à l’état d’atomes : c’est le cas de l’hélium, du néon … Ils constituent une catégorie particulière d’éléments : LES GAZ NOBLES . On dit qu’ils sont chimiquement inertes ou chimiquement stables Règle du duet : Au cours de leurs transformations chimiques, les atomes dont Z est inférieur ou égal à 4 évoluent de manière à avoir 2 électrons (ou un duet) sur leur couche externe. Soit (K)2 La grande stabilité des gaz nobles est liée au nombre d’électrons qu’ils possèdent sur la couche externe : Soit 2 électrons, ou un duet d’électrons pour l’atome d’hélium Soit 8 électrons, ou un octet d’électrons pour les autres Règle de l’octet : Au cours de leurs transformations chimiques, les atomes dont Z est supérieur ou égal à 5 évoluent de manière à avoir 8 électrons (ou un octet) sur leur couche externe. Soit (K)2(L)8 ou (K)2(L)8 (M)8 III- Classification périodique des éléments chimiques Mendeleïev (1834-1907) eut l'idée de classer les éléments, connus à son époque, en colonnes et en lignes par ordre de masses molaires atomiques croissantes, de telle manière que les éléments figurant dans une même colonne présentent des propriétés chimiques semblables. Cette classification comporte 7 lignes (ou périodes) et 18 colonnes . Les éléments sont rangés dans chaque ligne par ordre croissant du numéro atomique Z . Dans une même ligne (ou période), les atomes des éléments ont le même nombre de couches électroniques occupées . Première ligne: couche K, deuxième ligne: couche L, troisième ligne: couche M. Une ligne correspond au remplissage d'une couche électronique, les couches inférieures étant saturées. Dans une même colonne, les atomes des éléments ont le même nombre d'électrons dans la couche externe. Les atomes des éléments de la colonne (1) ont 1 électron sur la couche externe , ceux de la colonne (2) en ont 2 sur la couche externe etc...