Composition de la Matière

Composition de la
Matière
Ch. Bochu
DEUST
DU SE
2012
2016
Composition de la matière
Solide
Liquide
Gaz
Ch. Bochu
DEUST
DU SE
2007
2016
2
Composition de la matière
Cristal
Atome
Electriquement neutre
Electriquement neutre
Nucléons
A= Z + N
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DU SE
2007
2016
Z Protons
Noyau et
Z charges positives
Z Electrons
Z charges négatives
Z charges positives
N Neutrons
Electriquement neutres
3
Composition de l’Univers
Hydrogène
Hélium
Oxygène
Carbone
Néon
Fer
Azote
Silicium
Magnésium
Soufre
Ch. Bochu
DEUST
DU SE
2007
2016
73,97%
24,02%
1,04%
0,46%
0,13%
0,11%
0,10%
0,07%
0,06%
0,04%
Le soleil représente 99,86 % de la
masse du système solaire
4
Composition de la planète Terre
Hydrogène
FER
Oxygène
Hélium
Silicium
Oxygène
Magnésium
Carbone
Soufre
Néon
Nickel
Fer
Calcium
Azote
Aluminium
Silicium
Carbone
Magnésium
Azote
Soufre
73,97%
32,1%
24,02%
30,1%
15,1%
1,04%
13,9%
0,46%
0,13%
2,9%
0,11%
1,8%
0,10%
1,5%
0,07%
1,4%
0,06%
traces
0,04%
traces
118 éléments chimiques
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5
Création de la Matière
Etoile = milieu extrêmement chaud
Etoile = particules simples
Protons – Neutrons - Electrons
En perpétuel mouvement créant des chocs
Création de noyaux de petite taille
pouvant se désintégrer ou grossir
Mort de l’étoile = explosion
répandant la matière dans le vide
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6
Isotopes
1 électron
1 proton
1 électron
1 proton + 1 neutron
Même réactivité chimique  Même élément chimique
On détermine le nom de l’élément X grâce au nombre Z
Nombre de nucléons
A
Z
X
Nombre de neutrons = A -
Nombre de
protons
d’électrons
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Z
1
1
H
2
1
H
ISOTOPES
7
Masse des particules élémentaires
Proton = 1,6721 . 10-27 kg
Neutron = 1,6744 . 10-27 kg
Electron = 9,13 . 10-31 kg
• masse: u (unité de masse atomique)
mp = 1,00728 u
mn = 1,00866 u
me = 0,00055 u
1 u = 1,6605655 . 10-27 kg
(1 u = 1 douzième de la masse de l’atome 12C dans son état
fondamental)
On remarque que mp  mn  1 u
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8
Les éléments chimiques
N° atomique
1
1,0
Masse atomique
Symbole
Hydrogène
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Nom
Le N° atomique est le nombre
d’électrons
9
A
A
Z
X
A est le nombre de masse
Il donne beaucoup d’indications :
- Il donne le nombre de nucléons
- Il donne en grammes, la masse d’une mole d’atomes
- Il donne la masse approximative d’un atome
- Il donne la masse exacte d’un atome quand il est suivi
de plusieurs décimales
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10
Où est la masse perdue ?
1 électron
1 proton
1 neutron
Théoriquement
Réellement
MH2 = mp + mn + me
MH2 < Mthéo.
MDeutérium = MThéorique - DM - Dm
DM = Défaut de masse atomique négligeable
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11
DEUST
DU SE
Dm
=
Défaut
de
masse
nucléaire
2007
2016
Où est la masse perdue ?
De façon générale
MAtome = MThéorique - Dm
MAtome = Z . mp + (A-Z) . mn + Z . me - Dm
mnoyau = MAtome - Z . me - DM
mnoyau = Z . mp + (A-Z) . mn - Dm
Matome = Z . mp + (A-Z) . mn + Z . me - Dm
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12
Où est la masse perdue ?
Equivalence Masse/Energie
Einstein (1915)
Toute masse correspond à une énergie
E = Dm . c²
Cette énergie est utilisée pour "lier" les nucléons
 Energie de liaison (EL)
Pour "casser" le noyau, il faut une énergie
au moins égale à EL
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13
Energie de liaison par nucléons
Pour pouvoir comparer : EL/A
Pour le Deutérium
Dm = 0,0024 u
EL = 2,23 MeV
EL/A = 1,12 MeV
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Pourquoi des neutrons ?
EL/A = 2,58 MeV
Stables
Il faut suffisamment
de neutrons
EL/A = 7,07 MeV
MAIS PAS TROP !
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15
Stabilité des noyaux
EL/A (MeV)
9
8
Stabilité
7
6
1H
5
4
3He
3
3He
2
1H
0
1
Ch. Bochu
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2007
2016
2H
2H
1
3
5
7
9
11 13 15 17 19
Nucléons
16
Stabilité des noyaux
EL/A
9
8
4He
Stabilité
7
6
2H
5
4
4He
3H
3
2
3H
2H
1
0
1
Ch. Bochu
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DU SE
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2016
3
5
7
9
11 13 15 17 19
p
Nucléons
17
Stabilité des noyaux
EL/A
9
8
4He
Stabilité
7
6
5
4He
6Li
4
6Li
3
2
2H
2H
1
0
1
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2016
3
5
7
9
11 13 15 17 19
Nucléons
18
Stabilité des noyaux
EL/A
9
12C
8
16O
Stabilité
7
6
5
4
3
2
1
0
1
Ch. Bochu
DEUST
DU SE
2007
2016
3
5
7
9
11 13 15 17 19
Nucléons
19
Stabilité des noyaux
EL/A
9
56Fe
8
7
235U
Zone des
Que5 deviennent
les noyaux non stables ?
noyaux
4
très se transformer
Ils vont
3
stables
2
On les dit radioactifs
Stabilité
6
1
0
1
51
101
151
201
251
Nucléons
Radioactivité des atomes lourds = diminution de masse
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20
Dimensions
10-15
10-18 m
m
10-15 à 10-14 m
10-10 m
Forme du noyau : globalement, une sphère
Rayon : R = R0 . A1/3
R0 = 1,3 . 10-15 m
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