Indispensable Soleil/Quels sont les atomes présents dans Proxima du Centaure ?
Quels sont les atomes présents dans Proxima du Centaure ?
[modifier | modifier le wikicode]Qu'est-ce qu'un atome ?
[modifier | modifier le wikicode]Étude des documents
[modifier | modifier le wikicode]Une épopée scientifique : l'histoire du modèle atomique
[modifier | modifier le wikicode]Document 1 : À l'origine...
[modifier | modifier le wikicode]Dès 420 avant J.-C., Démocrite (philosophe grec) a l’intuition de l’existence des atomes et invente leur nom ("atomos" qui signifie en grec "insécable").
Aristote (philosophe grec) conteste cette existence et son prestige est tel qu’il faut attendre le début du XIXème siècle pour que l’idée atomiste reprenne vie.
En 1805, John Dalton annonce au monde l'existence des atomes.
En 1881, J. J. Thomson découvre l'un des composants de l'atome. Il s'agit de particules élémentaires négatives appelées en 1891 électrons.
Au début du XXème siècle, l'ambition des physiciens est de proposer un modèle de l'atome en précisant la répartition de la charge électrique à l'intérieur de celui-ci.
En 1904, Thomson partant de l’idée que l’atome est électriquement neutre, pense qu’il doit contenir des charges positives qui compensent les charges négatives des électrons. Il suppose que la charge positive est répartie dans un petit volume (qui peut avoir la forme d'une sphère) et que les électrons sont parsemés dans cette sphère (pudding de Thomson).
Questions d'après le document 1
[modifier | modifier le wikicode]1. Qui était le premier à avoir énoncé le mot "atomos" ? À quelle époque était-ce ?
Le premier à avoir énoncé le mot "atomos" est le philosophe grec Démocrite, en 420 avant J.-C.
2. Que signifie "atomos" en grec ?
En grec, "atomos" signifie "insécable" (caractère de ce qui ne peut pas être coupé ou partagé).
3. Citez différents savants qui ont participé à l'élaboration du modèle atomique d'après le texte.
Voici les différents savants qui ont participé à l'élaboration du modèle atomique cités dans le texte : Démocrite, Dalton et Thomson.
4. Quel est le constituant de l'atome découvert par Thomson ?
Le constituant de l'atome découvert par Thomson est appelé "électron".
5. Cette particule porte-t-elle une charge électrique ? Si oui, de quel signe ?
Cette particule porte une charge électrique de signe négatif.
6. Dessinez le modèle de l'atome selon Thomson en 1904.
Document 2 : Des avancées spectaculaires
[modifier | modifier le wikicode]En 1910, Rutherford bombarde différents échantillons de matière (cuivre, or, argent) avec des particules et il déduit de son expérience que la charge positive constituée de protons doit occuper un tout petit volume qu'il appelle "noyau". Après "un petit calcul", il trouve que la majorité de la masse de l'atome est concentrée dans un noyau minuscule par rapport au reste de l'atome. Les dimensions du noyau sont de l'ordre de 10 exposant -15 m (100 000 fois moins que les dimensions de l'atome) et sa charge totale compense celle des électrons.
Rutherford pense alors au modèle planétaire pour décrire un atome. En effet, la masse du système solaire est essentiellement concentrée dans le Soleil, tout comme celle de l'atome est concentrée dans le noyau. Il propose donc comme modèle un tout petit noyau chargé positivement (contenant des protons) et comportant l'essentiel de la masse de l'atome, autour duquel les électrons décrivent des orbites.
Questions d'après le document 2
[modifier | modifier le wikicode]1. Que déduit Rutherford de son expérience ?
Rutherford en déduit que des charges positives sont dans un petit volume : le noyau.
2. Après "un petit calcul", que trouve-t-il à propos de la masse de l'atome comparée à celle du noyau ?
Il trouve que l'essentiel de la masse se trouve dans le noyau.
3. Et que découvre-t-il à propos des dimensions de l'atome comparées à celle du noyau ?
Il découvre que le noyau est 100 000 fois plus petit que l'atome.
4. À partir de vos réflexions et des réponses précédentes, justifiez pourquoi peut-on dire que la matière est essentiellement constituée de vide.
L'essentiel de la masse d'un atome est concentré dans un noyau minuscule, donc l'atome (et la matière) est essentiellement composé de vide.
5. Dessinez le modèle de l'atome selon Rutherford.
Document 3 : Un modèle toujours plus précis
[modifier | modifier le wikicode]En 1932, James Chadwick prouve l'existence d'une particule élémentaire qui a une masse mais qui n'a pas de charge électrique : le neutron. Cette particule est présente dans le noyau d'un atome avec les protons. Il obtiendra le prix Nobel de physique pour cette découverte en 1935. L'ensemble formé par les protons et les neutrons d'un atome est appelé les nucléons.
Depuis, d'autres modèles plus complexes ont permis d'expliquer de nombreux autres phénomènes. Le modèle actuel de l'atome est l'aboutissement d'une longue histoire au cours de laquelle les représentations que l'on s'en fait ont profondément évolué.
Nous retiendrons pour la classe de troisième un modèle simple constitué d'un noyau autour duquel gravitent, sans trajectoire particulière, des électrons qui forment un nuage électronique.
Question d'après le document 3
[modifier | modifier le wikicode]Dessinez le modèle de l'atome proposé à la fin du texte.
Conclusion
[modifier | modifier le wikicode]1. Pourquoi les scientifiques utilisent-ils des modèles ?
Les scientifiques utilisent des modèles pour représenter, comprendre, expliquer et prévoir des phénomènes.
2. Quand change-t-on de modèle ?
On change de modèle lorsqu'un phénomène ne peut pas être expliqué par le modèle en cours.
3. Récapitulez les modèles vus dans cette activité pour l'atome de lithium qui contient 3 électrons.
| Modèle de Thomson | Modèle de Rutherford | Modèle actuel |
|---|---|---|
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Bilan
[modifier | modifier le wikicode]- Un modèle est une représentation utilisée pour décrire, expliquer et prévoir un phénomène.
- Dans le modèle retenu en classe de troisième, l'atome est constitué de :
- un noyau chargé positivement
- des électrons chargés négativement qui gravitent autour sans trajectoire particulière et qui forment un nuage électronique.
- Le noyau de l'atome est constitué de nucléons qui sont :
- des protons chargés positivement
- des neutrons qui n'ont pas de charge électrique.
- Globalement, un atome est neutre électriquement : il contient autant de protons que d'électrons.
- Un atome est essentiellement vide car la majorité de sa masse se trouve dans un noyau minuscule.
Comment classer les atomes ?
[modifier | modifier le wikicode]Un outil pour identifier les atomes : la classification périodique
[modifier | modifier le wikicode]On connaît actuellement plus d'une centaine d'éléments chimiques. Afin de les retrouver et connaître certaines de leurs propriétés, on les a organisés dans un tableau qui se nomme la classification périodique des éléments (ou tableau périodique des éléments).
Apprenons à l'utiliser !
Questions d'après la classification périodique des éléments
[modifier | modifier le wikicode]1. Recherchez dans la classification périodique des éléments, le symbole ou le nom des éléments suivants et complétez le tableau.
| Nom de l'élément | Symbole chimique |
|---|---|
| carbone | |
| cuivre | |
| azote | |
| sodium | |
| néon | |
| potassium | |
| chlore |
Correction :
| Nom de l'élément | Symbole chimique |
|---|---|
| carbone | C |
| cuivre | Cu |
| azote | N |
| sodium | Na |
| néon | Ne |
| potassium | K |
| chlore | Cl |
2. Pourquoi certains symboles chimiques sont composés d'une lettre et d'autres de deux ?
Il y a bien plus d'atomes que de lettres dans l'alphabet, donc certains symboles sont composés de deux lettres.
Chaque atome a un nombre de protons Z qui lui est propre, c'est de qui fait l'identité de l'atome. De plus, nous avons vu qu'il est électriquement neutre et qu'il contient le même nombre d'électrons que de protons.
3. Sachant que l'atome de carbone possède Z = 6 protons, que l'atome de nickel en possède Z = 28 et que l'atome de calcium en possède Z = 20, explique où est noté le nombre de protons de chaque atome dans la classification périodique.
Il est noté en haut à gauche dans notre tableau périodique.
4. Qui suis-je ? Je suis un atome possédant Z = 47 protons. Donne mon nom et mon symbole.
Il s'agit de l'argent, dont le symbole est Ag.
5. Qui suis-je ? Dans mon nuage électronique, j'ai 78 électrons. Donne mon nom et mon symbole et explique comment tu m'as trouvé.
Un atome est neutre et contient autant de protons que d'électrons. L'atome possédant 78 électrons, a donc aussi 78 protons. C'est le platine (symbole Pt).
6. En observant la classification, explique comment elle a été construite.
Ils sont rangés par nombre de protons croissant et par famille chimique.
7. Détermine la composition de l'atome de magnésium (nombre de protons, nombre d'électrons) et représente son modèle atomique.
La composition de l'atome de magnésium est la suivante : 12 protons + 12 électrons.
Comment déterminer les constituants de l'atome grâce à la classification périodique ?
[modifier | modifier le wikicode]Il existe une centaine d'atomes de structure complexe que l'on représente par un symbole :
Symbole correspondant au nom de l'élément chimique --> X avec A en haut (masse atomique (nombre de nucléons)) et Z en bas (numéro atomique (nombre de protons)).
- Z s'appelle le numéro atomique. L'atome est donc constitué de Z protons. Et comme il est électriquement neutre, il a aussi Z électrons.
- Le nombre total de particules situées dans le noyau est désigné par A ; A s'appelle le nombre de masse où nombre de nucléons.
- Le noyau de l'atome est constitué de Z protons et de N neutrons, alors :
A = Z + N --> nucléons = protons + neutrons
donc N = A - Z.
Bilan
[modifier | modifier le wikicode]Les éléments chimiques sont classés dans un tableau appelé classification périodique.
Chaque atome a un nom, un symbole chimique et un nombre de protons appelé numéro atomique et noté Z.
Chaque atome a aussi un nombre de masse noté A. Il correspond au nombre de neutrons et de protons dans son noyau.
Pour trouver le nombre de neutrons N d’un atome, on utilise la formule suivante : N = A – Z.
Dans la classification périodique, les atomes sont classés par numéro atomique croissant de gauche à droite et de haut en bas.
Comme toutes les étoiles, Proxima du Centaure est une « usine » à atomes. À partir de très petits atomes, elle crée des atomes plus gros.
Objectifs du chapitre
[modifier | modifier le wikicode]- Connaître les constituants de l'atome.
- Être capable de décrire un atome.
- Savoir modéliser un atome.
- Savoir utiliser la classification périodique des éléments.
- Savoir donner la constitution d'un atome à partir de son nombre de masse et de son numéro atomique.
Source de l'ensemble des 3 documents
[modifier | modifier le wikicode]- Wikipédia pour les photos
- Documents construits à partir de Sciences et Avenir de décembre 1994, Sciences et Vie Junior d'octobre 1998.
