De l`atome aux galaxies

De l’atome aux
galaxies, cohésion
de la matière
protons
Noyau
Structure de l’atome
nucléons
neutrons
Atome
Nuage
électronique
électrons
Proton
Neutron
Dnoyau = 10-15 m = 1 fm
Dnuage =
10-10
Comparons la taille de l’atome à celle du noyau:
m = 0,1 nm
Comme une tête d’épingle (d ~ 1 mm) placée au
centre d’un terrain de football (~100 000 mm soit
100 m)
De l’atome aux
galaxies, cohésion
de la matière
Les particules
élémentaires
Une cuillerée à
café de noyaux
 pèserait
comme 10 000
pétroliers…
C’est le cas
dans les étoiles
à neutrons où
les noyaux se
touchent.
Charge électrique
Masse
qp = + e = 1,6 × 10-19 C
1,673 × 10-27 kg
Neutron
qn = 0
1,675 × 10-27 kg
Électron
qe = - e = -1,6 × 10-19 C
9,1 × 10-30 kg
Proton
Protons et neutrons sont des nucléons.
Protons et électrons ont des charges opposées
Dans le nuage électronique, les électrons se
répartissent dans des couches ou niveaux d’énergie
de nombre quantique n appelées couches K, L,
M…, une couche de nombre quantique n peut
accueillir au maximum 2n2 électrons (saturée).
Proton et neutron ont pratiquement la même masse.
Comparons la masse d’un électron à celle d’un
nucléon:
L’électron est environ1800 moins
massif qu’un nucléon. Toute la masse
de l’atome est dans le noyau, extrêmement dense.
De l’atome aux
galaxies, cohésion
de la matière
Représentation d’un
atome
A est aussi la
Le nombre de protons du noyau est
masse molaire de
appelé numéro atomique, symbole Z.
l’atome exprimée
-1.
en
g.mol
Le nombre total de nucléons du noyau
(protons + neutrons) est appelé nombre de
masse, symbole A.
Le nombre de neutrons n du noyau
s’obtient par différence : n = A – Z.
Un atome est électriquement neutre et possède le
même nombre d’électrons que de protons (Z).
Exemples:
Symbole d’un atome:
Atome
protons
1
6
17
26
92
neutrons
0
6
18
30
133
électrons
1
6
17
26
92
De l’atome aux
galaxies, cohésion
de la matière
Des atomes sont dits isotopes s’ils ont le
même nombre de protons mais pas le même
nombre de neutrons.
On peut parler aussi de noyaux isotopes.
Isotopes
Des atomes isotopes ont donc:
- le même nombre d’électrons,
- la même formule électronique,
- les mêmes propriétés chimiques,
- ils sont dans la même case de la classification
périodique des éléments (même Z, même symbole),
- ils n’ont pas le même nombre de neutrons,
- ils n’ont pas la même masse (A différents),
- ils ne sont différents que pour certaines propriétés
physiques qui dépendent de la masse.
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galaxies, cohésion
de la matière
Exemples d’isotopes d’un même élément
chimique:
Certains atomes ou noyaux sont instables.
Ils ont trop (ou pas assez) de neutrons par
rapport aux protons.
Ils se désintègrent spontanément mais
progressivement.
On dit qu’ils sont radioactifs.
C’est le cas du carbone 14 ou de l’uranium 235.
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Système solaire 1013 m
© NASA
Galaxie 1021 m
Lune 106 m
Interactions
fondamentales
Interaction
gravitationnelle
Un humain
100 m
Cellule 10-6 m
© Inserm
Interaction
électromagnétique
Interaction forte
et faible
Atome 10-10 m
Noyau 10-15 m
Molécule
10-9 m
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de la matière
Loi de la
Gravitation
mA et mB en (kg)
d en (m)
G est la constante
universelle de
Gravitation
Soit 2 corps de masses mA et mB distants de d.
Ils exercent l’un sur l’autre une force attractive,
proportionnelle à chacune des 2 masses mA et mB ,
et inversement proportionnelle au carré de la
distance d entre leurs centres:
G = 6,67 × 10-11 N.m2.kg-2
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de la matière
Loi de la
Gravitation
Exercice
Montrer que le poids (P = m x g),
n’est autre que la force de gravitation
exercée par la Terre sur un objet de
masse m:
Objet:
Masse m = 60 kg
Terre:
Masse: MT = 5,98 x 1024 kg
Rayon: RT = 6,378 x103 km
G = 6,67 x 10-11 N.m2.kg-2
Faire un dessin et comparer les 2
forces.
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de la matière
Soit 2 charges électriques q et q’.
Si elles ont le même signe,
+ et + ou - et alors le produit q x q’ > 0
Interactions
électrostatiques
Si elles sont de signes contraires ou
opposés + et - ou - et +
alors le produit q x q’
Enoncé de la loi
de Coulomb
<0
Soit 2 charges q et q’ distantes de d, elles
exercent l’une sur l’autre une force
attractive ou répulsive:
k est une constante
qui vaut:
k = 9 x 109 N.m2.C-2
Attractive si les charge sont de signes opposés,
répulsive si les charges sont de même signe.
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Exercice
Comparer le force électrostatique et la force
gravitationnelle entre le proton et l’électron
dans l’atome d’hydrogène: