ES 1ère chap.1 PDF

Thème I: Une longue histoire de la matière. Chap.1: Un niveau d’organisation: les éléments chimiques. Act.1: Les éléments chimiques dans l’univers. (Voir vidéo) → Qu’est ce que la nucléosynthèse? C’est l’ensemble des réaction...

Thème I: Une longue histoire de la matière. Chap.1: Un niveau d’organisation: les éléments chimiques. Act.1: Les éléments chimiques dans l’univers. (Voir vidéo) → Qu’est ce que la nucléosynthèse? C’est l’ensemble des réactions nucléaires qui se produisent à l’intérieur des étoiles ou pendant leur destruction explosive et dont le résultat est la synthèse de la plupart des noyaux atomiques. DOC.1: LA THEORIE DU BIG-BANG L’univers était un brouillard extrêmement dense et chaud composé de particules élémentaires. ↓ Le big-bang secoue l’univers ↓ L’univers libère une énorme quantité d’énergie et entre dans une phase d’expansion très rapide. Sa taille, qui était celle d’1 point, devient égale à 10 fois la taille de notre galaxie. ↓ Cela entraîne une baisse de la température provoquant l’assemblage des particules en protons et neutrons. ↓ Quelques minutes plus tard Les neutrons et les protons se regroupent et forment les noyaux des éléments les plus légers: H et He. ↓ Plus de 100 millions d’années Les forces de gravitation rassemblent ces premiers atomes en étoiles. 99% H et 1% He Il y aura aussi formations des éléments plus lourds comme le C et le N par des réactions nucléaires. A la fin de leur vie, certaines étoiles massives explosent en supernova et favorisent l’apparition des éléments chimiques les plus lourds qui se dispersent dans l’univers. Une supernova est l'explosion d'une étoile qui, pendant un temps, peut briller plus vivement qu'une galaxie entière composée de centaines de milliards d'étoiles. DOC.2: 2 TYPES DE REACTIONS NUCLÉAIRES. Transformations d’un ou de plusieurs noyaux.  2 TYPES DE REACTIONS NUCLÉAIRES PROVOQUÉES. Pendant ces réactions de fusion et de fission: → Les nombres de neutrons et de protons se conservent. → Il y a libération de grandes quantités d’énergie. 1. La fusion: Pendant la fusion, 2 noyaux légers s’unissent (fusionnent) pour former un noyau plus lourd. Exemple 1: p p 1H 2 n n n 4 2 He p p n n n p p n 1H 3 n n Le deutérium et le tritium sont 2 isotopes de l’hydrogène. Rappel: Les isotopes sont des atomes qui ont le même nombre d’électrons et de protons mais un nombre différent de neutrons. Exemple 2: Ecrivez la réaction nucléaire correspondant à la fusion de 2 atomes d’hélium. 4 2He + 4 He → 2 8 Be 4 + → Cette réaction a lieu en permanence au sein des étoiles et permet la formation des éléments chimiques. 2. La fission: Pendant la fission, 1 noyau lourd est scindé en 2 noyaux plus légers sous l’impact d’un neutron. 1 neutron + 1 noyau lourd → 2 noyaux légers + x neutrons Exemple: 1n + 23592U → 94 38 Sr + 13954Xe + 3n DOC.3: LA NUCLÉOSYNTHÈSE STELLAIRE. - La fusion des noyaux d’hydrogène est la première étape de la formation des éléments de l’Univers. - Dans les étoiles, à des températures très élevées, les noyaux des atomes fusionnent pour former de nouveaux noyaux. → Les éléments les plus lourds s’obtiennent à partir d’éléments plus légers. Attention: Les nombres de neutrons et de protons sont conservés. Vidéo: La fusion des é toiles  Lire les documents 1 à 3 p.24 + Répondre aux questions p.25 n. 1 à 3 Tous les éléments chimiques ne sont pas apparus en même temps. Les premiers éléments sont l'hydrogène et l'hélium. Dans les étoiles, des réactions de fusion nucléaire sont à l'origine de la formation des autres éléments à partir de l'hydrogène initial. L'équation de réaction nucléaire stellaire modélisée dans le document 3 est une réaction de fusion nucléaire car deux noyaux s'unissent pour former un noyau plus lourd. DOC.4: ANALYSE SPECTRALE ET COMPOSITION CHIMIQUE DU SOLEIL. 1) La lumière blanche. La lumière blanche est une lumière polychromatique: elle est formée de plusieurs radiations (couleurs). A chaque couleur correspond une longueur d’onde λ (lambda). Elle s’exprime en mètres ou plus souvent en nm. L’œil humain n’est sensible qu’aux radiations dont les longueurs d’onde sont comprises entre 400nm et 800nm. Voici le spectre de la lumière blanche: 2) Les spectres d’émission: Spectre d’émission continu Spectre de raies d’émission Spectre d’absorption → Spectre produit par la lumière → Spectre constitué de raies fines → Spectre constitué d’une bande directement émise par une source et colorées entrecoupées de colorée entrecoupée de raies lumineuse. bandes noires. noires. → Il est constitué de bandes colorées. → A chaque élément chimique → Les raies noires correspondent correspond un spectre d’émission. aux raies d’émission de l’élément chimique.  L’élément chimique absorbe certaines radiations. Les raies noires d'absorption correspondent aux raies d'émission de l’élément. Un élément chimique absorbe les radiations qu'il est capable d'émettre. Les raies noires d'absorption et les raies colorées d'émission ont la même longueur d'onde. animation Etude du doc.4: Les raies sombres sont caractéristiques du spectre absorbant. La présence de raies sombres dans le spectre de la lumière solaire est dûe à l’absorption des gaz composants notre atmosphère → les raies telluriques. Les autres raies d’absorption proviennent d’une sorte d’atmosphère entourant le Soleil: → la partie gazeuse très chaude est responsable de la partie continue du spectre. → l’atmosphère est responsable de la majorité des raies d’absorption. On peut déterminer la composition chimique de l’atmosphère du Soleil grâce aux spectres de laboratoires. En comparant le spectre d’émission des éléments chimiques et le spectre d’absorption de la lumière solaire, on peut étudier la composition chimique du Soleil. DOC.5: L’ABONDANCE DES ÉLÉMENTS CHIMIQUES. On peut remarquer que l’Univers et le Soleil sont presque formés par les mêmes éléments alors que la Terre a une différente constitution. Lire les documents p.25 + faire les questions p.25 n.4 à 6 Les scientifiques allemands Bunsen et Kirchhoff ont montré que les raies noires de Fraunhofer prouvaient que les éléments chimiques présents dans le Soleil étaient identiques à ceux présents sur Terre. Oui, les éléments chimiques les plus abondants dans les êtres vivants sont les mêmes : hydrogène, oxygène, carbone et azote. - Corps humain: Les éléments les plus abondants dans l'Univers sont l'hydrogène et l'hélium. Les éléments les plus abondants sur Terre sont le fer, l’oxygène, le silicium et le magnésium. Les éléments les plus abondants chez les êtres vivants sont l’hydrogène, l’oxygène, le carbone et l’azote. Ce différents éléments se sont formés par réactions de fusion dans les étoiles. Exercices p.34 n.7 et 8 1. Pour déterminer la valeur de l’angle associé, il faut utiliser la relation de proportionnalité entre l’abondance/le pourcentage en atome et l’angle qui le représente, en sachant que 100 % correspondent à 360°. La formule correspond à ce calcul. 2. La formule saisie permet le calcul automatique de toutes les valeurs d’angle en l’étirant par « cliquer glisser » dans la colonne C. 3. 4. 1. L'équation de réaction représente une réaction de fusion nucléaire car deux noyaux s'unissent pour former un noyau plus lourd. 2. Synthèse: Act.2: La radioactivité. (p.26-27) Rôles de la radioactivité: → Conduire à une meilleure connaissance de la structure microscopique de la matière. → Donner lieu à de multiples applications. DOC.1: LA DÉCOUVERTE DE LA RADIOACTIVITÉ. Becquerel met un échantillon d’un minerai d’uranium dans un miroir fermé à proximité d’une plaque « lumière ». → Il remarque alors qu’il y a eu apparition d’une silhouette noir de la forme du minerai. → Il constate alors que l’uranium émet spontanément des rayonnements capables de traverser certaines matières: « Les rayons uraniques ». Marie et Pierre Curie: Radium et polonium → Marie Curie montre que ce phénomène est une propriété des atomes et le nomme « radioactivité ». Radioactivité rayonnem Agir → émet des ent rayonnements Animation: La découverte de la radioactivité A faire les questions p.26 n.1 à 3 Les rayons uraniques. Marie et Pierre Curie. Polonium et radium. DOC.2: QU’EST-CE QUE LA RADIOACTIVITÉ? Dans la nature, la plupart des noyaux d’atomes sont stables, c’est-à-dire qu’ils restent infiniment identiques à eux-mêmes. Les autres atomes sont instables, car ils possèdent trop de protons ou de neutrons ou trop des deux. Pour revenir vers un état stable, ils sont obligés de se transformer. Il se désintègre alors en émettant d’autres particules plus petite et un rayon γ (gamma): C’est le phénomène de la radioactivité → C’est un phénomène naturel. *Un rayon γ est une onde électromagnétique comme la lumière mais d'énergie beaucoup plus importante. → La radioactivité ne concerne que les noyaux des atomes alors que les propriétés chimiques ne dépendent que des électrons : Donc la radioactivité ne modifie pas les propriétés chimique d’un atome. DIFFÉRENTS TYPES DE RADIOACTIVITÉ NATURELLE: Lors d'une désintégration radioactive, un nucléide (noyau père) émet spontanément une particule et un rayonnement γ (gamma) électromagnétique pour transmuter en un autre nucléide (noyau fils). IL EXISTE 3 TYPES DE PARTICULES POUVANT ÊTRE ÉMISES: Au cours de cette désintégration radioactive, il y a conservation du nombre de protons et de neutrons. 1- Un noyau d’Hélium (appelé particule α). → Ce type de radioactivité est appelé radioactivité α. 2- Un électron, appelé particule β- (béta moins). L'électron possède un nombre de masse nulle et une charge égale à -1 ( -1,6 x 10-19 C). Comme un noyau ne possède pas d'électrons, celui-ci provient de la transformation d'un neutron en proton. Sa formule est : Ce type de radioactivité est appelée radioactivité béta moins β-. 3- Un positon ou particule β+, qui possède un nombre de masse nul et une charge égale à +1 (1,6 x 10-19C). Il correspond à un "électron positif « (il provient de la transformation d’un proton en neutron). Ce type de radioactivité est appelée radioactivité β+. Sa formule est : COMMENT ÉCRIRE UNE RÉACTION NUCLÉAIRE? Lois de conservation (lois de Soddy) Une réaction nucléaire spontanée ou provoquée est symbolisée par une équation qui obéit à 2 lois : - La somme des charges électriques des réactifs est égale à la somme des charges électriques des produits : le nombre de charge se conserve. - La somme des nucléons des réactifs est égale à la somme des nucléons des produits. Le nombre de nucléon se conserve. Exemples: Exercice: Compléter le tableau suivant. LES APPLICATIONS DE LA RADIOCTIVITÉS A faire les questions p.27 n.4 à 7 + Exercices p.32 n. 2 et 4 Dès sa découverte, la radioactivité est utilisée en radiothérapie (élimination des cellules cancéreuses). Risques reconnus plus tard : stérilité, mutations génétiques, cancers. Domaines d’application de la radioactivité : – radiobiologie (localiser des cellules ou comprendre leur métabolisme) et imagerie médicale (pour examiner des organes) ; – industrie (stérilisation des aliments, production d’électricité, armement) ; – environnement (utilisation de traceurs pour suivre les masses d’air ou d’eau) ; – recherche scientifique (datation en archéologie et en géologie). Il possède 214 nucléons. La radioactivité est un phénomène de désintégration de noyaux instables, accompagné d’émission de rayonnement. Des noyaux atomiques instables se transforment de manière spontanée et irréversible en d'autres noyaux en émettant des rayonnements, et ce jusqu’à devenir des noyaux stables. Synthèse: 1. Les deux éléments les plus abondants dans le corps humain sont l'hydrogène et le carbone. Dans les végétaux, ce sont l'hydrogène et le carbone. 2. Le carbone est présent à 12 % dans le corps humain et 28 % dans les végétaux. 1. Il s'agit de réaction de fusion nucléaire. 2. Dans les étoiles, au cours des réactions de fusion nucléaire, des noyaux légers s'unissent pour former un noyau plus lourd. Act.3: La datation par la radioactivité. (Voir vidéo) → Qu’est-ce que la datation? La datation radioactive est toute technique utilisée pour dater les matériaux d’un processus impliquant la désintégration radioactive. Elle est utilisée pour estimer l’âge de tout échantillon ou objet matériel qui contient un isotope radioactif. → Comment utiliser le carbone 14 pour dater un échantillon ? Au cours de leur vie, tous les êtres vivants absorbent du carbone 14 : incorporé par les plantes lors de la photosynthèse, il est ensuite transféré via les chaînes alimentaires. À leur mort, le carbone 14 qu’ils contiennent n’est plus renouvelé par ces échanges avec l’environnement, et sa quantité diminue par désintégration radioactive. → La méthode de datation peut s’appliquer à une multitude de vestiges organiques, humains, animaux ou végétaux (peau, os, coquilles, bois ou charbons de bois, plantes, fruits, graines, pollens) → elle peut également être utilisée pour dater des réalisations humaines (tissus, parchemins, poteries, vanneries).  LA MÉTHODE DE DATATION Le principe de datation C’est en mesurant la quantité de carbone 14 présent dans un échantillon donné que l’on peut dater la mort de l’organisme. Le carbone 14 est un isotope radioactif du carbone 12 intégré aux organismes vivants principalement via le dioxyde de carbone. Après la mort, le dioxyde de carbone et donc le carbone cesse d’être absorbé. En raison de son instabilité, le carbone 14 subit des désintégrations radioactives, sa quantité diminue alors au cours du temps. La proportion de carbone 14 est relativement fixe au cours du temps. Ainsi, en étudiant la quantité de carbone 14 restante, il est possible de déterminer la durée séparant le moment de l’analyse et le moment de la mort.  LA DÉSINTÉGRATION NUCLÉAIRE ET LA DEMI-VIE La désintégration radioactive → un phénomène spontanné et aléatoire : l’instant de désintégration d’un noyau est imprévisible → le rythme de désintégration radioactive d’un nombre important de noyaux est bien connu. Ce rythme est nommé «demi-vie» et dépend des propriétés radioactives de chaque noyau. On appelle « période radioactive » ou « demi-vie t1/2 » d’un noyau radioactif, la durée au bout de laquelle l’activité d’un échantillon contenant ce noyau est divisée par deux. Temps de demi-vie du Carbone 14 = 5730 ans.  LE PRINCIPE DE LECTURE DE LA DATE DE MORT → La datation consiste à comparer la quantité de carbone 14 présent dans un organisme ancien avec celle présente dans un organisme similaire vivant, de même masse. → La lecture graphique de la courbe de décroissance radioactive du carbone 14 permet ainsi d’estimer le temps écoulé depuis la mort de l’organisme. LA COURBE DE DÉCROISSANCE EXEMPLE: A faire les questions p.28-29 n.1 à 7 + Exercices p.32 n. 5, 10, 11 et 13