Activité documentaire sur l'élément chimique - Maxicours

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Activité documentaire sur l'élément chimique

Objectif : Lire le texte ci-dessous et répondre aux questions en vous servant du texte, de vos connaissances et d'un dictionnaire.
1. « Eléments chimiques de l'Univers »
Le nombre d'éléments chimiques n'est pas infini : à la fin du 19e siècle, 75 éléments naturels ont été dénombrés sur Terre. Actuellement, aux 92 éléments chimiques naturels s'ajoutent 23 éléments artificiels créés par l'homme.
Ces éléments chimiques constituent la matière première de l'Univers.

Un nuage interstellaire peut se condenser et devenir une étoile, comme notre Soleil ; elle sera majoritairement constituée d'hydrogène et d'hélium. Ces éléments vont fusionner pour donner des éléments plus lourds en produisant de l'énergie dite nucléaire.
Les réactions nucléaires ne respectent pas la loi de conservation des éléments, les noyaux des atomes fusionnent : dans le cas du Soleil, sont formés les isotopes de l'hydrogène à un neutron (= le deutérium) et à deux neutrons (= le tritium).

Les planètes sont aussi issues de nuages interstellaires mais la masse concentrée n'était pas assez importante pour démarrer les réactions nucléaires qui auraient pu conduire à une étoile.
La Terre, au début de sa formation était assez chaude, c'est-à-dire assez proche du Soleil, pour subir un dégazage à la suite duquel elle a perdu du dihydrogène.

Ensuite, de nombreuses réactions ont eu lieu et l'apparition de molécules de plus en plus complexes a permis l'émergence de la vie.
Actuellement, le noyau terrestre serait composé de fer et entouré d'un manteau (dont les principaux éléments seraient Si, O, Mg et Fe) sur lequel repose la croûte terrestre recouverte à 70% d'eau par les mers et océans. L'enveloppe atmosphérique nous protége des radiations solaires.

2. Questions
1. Quels sont les éléments les plus abondants de l'Univers et leurs symboles ?

2. Donner les formules des espèces citées contenant de l'hydrogène.

3. Combien d'éléments chimiques dénombre-t-on actuellement sur Terre ?

4. Quels sont les éléments chimiques présents dans la glace et dans le graphite ?

5. D'où proviennent les éléments lourds de l'Univers ?

6. Chercher la définition du mot « nucléaire » dans le dictionnaire.

7. Pourquoi ne donne-t-on pas le nom de chimiques aux réactions de fusion qui ont lieu dans les étoiles ?

8. Quels sont les isotopes de l'hydrogène impliqués dans les réactions solaires ?

9. Où trouve-t-on l'hydrogène sur terre ? Sous quelles formes ?

10. Quelle est la composition de l'atmosphère terrestre ?

3. Réponses

2. Donner les formules des espèces citées contenant de l'hydrogène.

Les espèces contenant de l'hydrogène sont :
  • Le dihydrogène gazeux : H2
  • L'hydrogène : H
  • L'ion hydronium : H+
  • L'eau : H2O

3. Combien d'éléments chimiques dénombre-t-on actuellement sur Terre ?

Actuellement, on compte 115 éléments chimiques sur Terre : 92 naturels et 23 artificiels.

4. Quels sont les éléments chimiques présents dans la glace et dans le graphite.

La glace est composée d'eau H2O donc des éléments chimiques oxygène O et hydrogène H, tandis que le graphite est composé de l'élément carbone C comme le diamant.

5. D'où proviennent les éléments lourds de l'Univers ?

Les éléments lourds de l'Univers proviennent des réactions nucléaires de fusion des noyaux des éléments chimiques.
Ces réactions débutent par les fusions des noyaux légers Hydrogène et Hélium pour finir par la formation du plus lourd connu sur terre : l'Uranium.

6. Chercher la définition du mot « nucléaire » dans le dictionnaire.

Du latin « nucleus » qui signifie noyau, nucléaire est associé à tout ce qui touche au noyau et à l'énergie qui en est issue.

7. Pourquoi ne donne-t-on pas le nom de chimiques aux réactions de fusion qui ont lieu dans les étoiles ?

Les réactions chimiques sont des réarrangements d'atomes sans modifier les noyaux de ceux-ci tandis que les réactions nucléaires de fusion produisent de nouveaux éléments avec des noyaux différents.

8. Quels sont les isotopes de l'hydrogène impliqués dans les réactions solaires ?

Deux isotopes ont, dans leurs noyaux, le même nombre de protons (numéro atomique Z identique) mais un nombre de neutrons différents (nombre de masse A différent).
Un même élément chimique possède plusieurs formes isotopiques :

9. Où trouve-t-on l'hydrogène sur terre ? Sous quelles formes ?

L'hydrogène existe sur Terre à travers de nombreux corps composés comme l'eau H2O, le dihydrogène H2 et toutes sortes de composés : hydroxyde de cuivre Cu(OH)2, etc.

10. Quelle est la composition de l'atmosphère terrestre ?

L'atmosphère terrestre est composée à 78% de diazote N2 et à 20% de dioxygène O2. Le pourcentage restant est composé de différents gaz : du dioxyde de carbone, de l'argon, etc. sous forme de traces.
L'essentiel

Les éléments chimiques de l'Univers sont issus des nuages interstellaires qui par compression donneront des planètes ou des étoiles. Les réactions nucléaires de fusion assurent la production d'éléments lourds à partir des éléments hydrogène H et hélium He majoritaires.

De nombreux isotopes ont aussi été produits à partir des 92 éléments chimiques naturels décomptés sur terre et d'autre sont fabriqués par l'homme.

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