De l’atome aux galaxies, cohésion de la matière

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1 De l’atome aux galaxies, cohésion de la matière
protons Noyau nucléons Structure de l’atome neutrons Atome Nuage électronique électrons Proton Neutron Dnoyau = m = 1 fm Comparons la taille de l’atome à celle du noyau: Dnuage = m = 0,1 nm Comme une tête d’épingle (d ~ 1 mm) placée au centre d’un terrain de football (~ mm soit 100 m)

2 De l’atome aux galaxies, cohésion de la matière
Charge électrique Masse Proton qp = + e = 1,6 × C 1,673 × kg Neutron qn = 0 1,675 × kg Électron qe = - e = -1,6 × C 9,1 × kg Les particules élémentaires Protons et neutrons sont des nucléons. Protons et électrons ont des charges opposées Dans le nuage électronique, les électrons se répartissent dans des couches ou niveaux d’énergie de nombre quantique n appelées couches K, L, M…, une couche de nombre quantique n peut accueillir au maximum 2n2 électrons (saturée). Une cuillerée à café de noyaux  pèserait comme pétroliers… C’est le cas dans les étoiles à neutrons où les noyaux se touchent. Proton et neutron ont pratiquement la même masse. Comparons la masse d’un électron à celle d’un nucléon: L’électron est environ1800 moins massif qu’un nucléon. Toute la masse de l’atome est  dans le noyau, extrêmement dense.

3 De l’atome aux galaxies, cohésion de la matière
A est aussi la masse molaire de l’atome exprimée en g.mol-1. Le nombre de protons du noyau est appelé numéro atomique, symbole Z. Le nombre total de nucléons du noyau (protons + neutrons) est appelé nombre de masse, symbole A. Représentation d’un atome Le nombre de neutrons n du noyau s’obtient par différence : n = A – Z. Un atome est électriquement neutre et possède le même nombre d’électrons que de protons (Z). Symbole d’un atome: Exemples: Atome protons 1 6 17 26 92 neutrons 18 30 133 électrons

4 De l’atome aux galaxies, cohésion de la matière
Des atomes sont dits isotopes s’ils ont le même nombre de protons mais pas le même nombre de neutrons. On peut parler aussi de noyaux isotopes. Isotopes Des atomes isotopes ont donc: - le même nombre d’électrons, - la même formule électronique, - les mêmes propriétés chimiques, - ils sont dans la même case de la classification périodique des éléments (même Z, même symbole), - ils n’ont pas le même nombre de neutrons, - ils n’ont pas la même masse (A différents), - ils ne sont différents que pour certaines propriétés physiques qui dépendent de la masse.

5 De l’atome aux galaxies, cohésion de la matière
Exemples d’isotopes d’un même élément chimique: Certains atomes ou noyaux sont instables. Ils ont trop (ou pas assez) de neutrons par rapport aux protons. Ils se désintègrent spontanément mais progressivement. On dit qu’ils sont radioactifs. C’est le cas du carbone 14 ou de l’uranium 235.

6 De l’atome aux galaxies, cohésion de la matière
Système solaire 1013 m © NASA Galaxie 1021 m Interactions fondamentales Lune 106 m Interaction gravitationnelle Cellule 10-6 m Un humain 100 m © Inserm Interaction électromagnétique Interaction forte et faible Atome m Noyau m Molécule 10-9 m

7 De l’atome aux galaxies, cohésion de la matière
Loi de la Gravitation mA et mB en (kg) Soit 2 corps de masses mA et mB distants de d. d en (m) Ils exercent l’un sur l’autre une force attractive, G est la constante universelle de Gravitation proportionnelle à chacune des 2 masses mA et mB , et inversement proportionnelle au carré de la distance d entre leurs centres: G = 6,67 × N.m2.kg-2

8 De l’atome aux galaxies, cohésion de la matière
Montrer que le poids (P = m x g), n’est autre que la force de gravitation exercée par la Terre sur un objet de masse m: Loi de la Gravitation Objet: Masse m = 60 kg Terre: Masse: MT = 5,98 x 1024 kg Rayon: RT = 6,378 x103 km G = 6,67 x N.m2.kg-2 Exercice Faire un dessin et comparer les 2 forces.

9 De l’atome aux galaxies, cohésion de la matière
Soit 2 charges électriques q et q’. Si elles ont le même signe, + et + ou - et - alors le produit q x q’ > 0 Interactions électrostatiques Si elles sont de signes contraires ou opposés + et - ou - et + alors le produit q x q’ < 0 Enoncé de la loi de Coulomb Soit 2 charges q et q’ distantes de d, elles exercent l’une sur l’autre une force attractive ou répulsive: k est une constante qui vaut: k = 9 x 109 N.m2.C-2 Attractive si les charge sont de signes opposés, répulsive si les charges sont de même signe.

10 De l’atome aux galaxies, cohésion de la matière
Comparer le force électrostatique et la force gravitationnelle entre le proton et l’électron dans l’atome d’hydrogène: Exercice