Activité 1 : La naissance des éléments de l`Univers 1) Analyse de

Thème 1 L’Univers
Sous-thème 3 : Les éléments chimiques présents dans l’Univers
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Activité 1 : La naissance des éléments de l’Univers
1) Analyse de documents :
·animation CEA : D’où vient la matière première des premières étoiles ?
·Textes : Du Big Bang à la vie sur Terre
« Quelques minutes après le Big Bang, il y a 15 milliards d'années, il fait effroyablement chaud, si chaud
que les briques élémentaires des noyaux atomiques, protons et neutrons, ne peuvent s'assembler.
Cependant, l'expansion de l'Univers refroidit la soupe cosmique.
Pendant environ trois minutes, de petites constructions de deux protons et deux neutrons apparaissent. Ce
sont des noyaux d'hélium. A mesure du refroidissement, les réactions nucléaires entre protons et neutrons
deviennent impossibles. Aucun noyau plus lourd ne peut se former. L'Univers n'est alors composé que
d'hydrogène (un proton) et d'hélium. Il est vide de nickel, mais aussi de tous les autres éléments. »
(Roland Lehoucq et Robert Mochkovitch, L'épopée du nickel, Pour la science)
« Tous les éléments de la Terre, excepté l'hydrogène et dans une certaine mesure l'hélium, sont le résultat
d'une alchimie sidérale à laquelle se sont adonnées, il y a des milliards d'années, des étoiles dont certaines
ne sont plus aujourd'hui que d'insignifiantes naines blanches, de l'autre côté de la Voie Lactée. L'azote dans
notre ADN, le calcium de nos dents, le fer de notre sang, le carbone de nos tartes aux pommes ont été
fabriqués au cœur d'effondrements stellaires. Nous sommes faits de la même étoffe que les étoiles ».
(Carl Sagan)
Questions :
1) Quel est l’évènement à l’origine de la vie sur Terre ? Quand a-t-il eu lieu ?
2) Quels sont les constituants des noyaux des atomes ? Décrire la composition des noyaux
d’hydrogène (H) et d’hélium (He).
3) D’où viennent la plupart des éléments chimiques que l’on trouve sur Terre et dans l’Univers ? En
nommer quelques-uns en essayant de leur associer un symbole.
4) Expliquer l’expression "alchimie stellaire" et définir une "naine blanche".

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5) Le grand astrophysicien Hubert Reeves a utilisé l’expression de « poussières d’étoiles » pour nous
définir. Justifier sa pertinence.
6) Donner d’autres exemples d’éléments chimiques (avec leur symbole) ainsi qu’un objet
correspondant de la vie quotidienne.
2) Un modèle de l’atome :
2.1. Le modèle atomique au fil des temps…(animation flash )
Compléter les phrases suivantes :
Pour Démocrite (antiquité), l’atome est………………………………………………………………
Pour Thompson (………..), l’atome est électriquement…………………………
Pour Rutherford (……….), l’atome est constitué d’un …………………………de charge
…………..entouré d’électrons de charge………………en mouvement sur des …………. quelconques.
Pour Bohr (………..), les ……………………………….ne gravitent autour du ………………..que sur des
……………………..circulaires particulières, nommées………………électroniques.
Pour la physique moderne, le modèle est qualifié de ………………………….. : on parle désormais de
………………………..pour modéliser l’électron.
2.2. Présentation générale : Vidéo, atomes et isotopes (2min23s)
Regarder la vidéo puis répondre aux questions suivantes :
a) De quoi est constituée la matière ?
b) De quoi est constitué essentiellement un atome ?
Quels sont ses autres constituants ?
c) Quels sont les constituants du noyau atomique ?
d) Si un atome est modélisé par une sphère de rayon 10-10m, quelle est le rayon de la boule modélisant
son noyau ?
e) Où est concentré l’essentielle de la masse de l’atome ?
f) Quel est la charge électrique des neutrons ? protons ?
g) Que sont des isotopes ? Comment est définit l’ « élément chimique » ?
2.3. Atome et noyau atomique (animation flash http://olical.free.fr/atintro.swf)
Compléter les phrases suivantes :
a) L’atome :
Il est constitué d’un ……………… et d’un ou plusieurs ……………………..tous identiques.
Un électron porte une charge électrique ………..- e (e étant la charge électrique élémentaire) et sa masse
est ……………….par rapport à celle du noyau.
Le nombre d’électrons d’un atome est égal au nombre de …… ….: un atome est électriquement …………

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b) Le noyau atomique :
Le nombre Z est appelé………………………Il caractérise un type donné de noyau.
Le nombre A est appelé …………………………………………
Un noyau atomique est constitué de…… protons (chaque proton portant une charge positive +e) et
de……neutrons (de charge nulle) donc de…………………… nucléons.
La notation symbolique d’un noyau atomique de symbole X est : A
Z
X
c) Application : l’atome de Beryllium
Au cœur des étoiles « géantes rouge », la température et la densité
sont suffisantes pour que deux noyaux d’hélium puissent fusionner
pour former un nouveau noyau de béryllium (Be).
-Compléter le schéma représentant un atome de Beryllium en
légendant le dessin ci-contre avec les termes adéquats.
-Donner la notation symbolique du noyau de l’atome de Beryllium.
- Exprimer la charge électrique du noyau, du nuage électronique et de l’atome de beryllium en fonction de
la charge élémentaire e.
- Calculer la masse du noyau atomique, du nuage électronique puis de l’atome de béryllium.
Données : mproton=mneutron=1,67x10-27kg ; mélectron=9,11x10-31kg