Activité découverte : De quoi est constitué l Univers?

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1 Séquence 2 : La constitution de la matière dans l Univers 2 nde - SPC Activité découverte : De quoi est constitué l Univers? Contexte : Avez-vous déjà fait une prise de sang? Nos astronautes vont devoir en faire des centaines avant se décoller. Que recherche-t-on? A doser des éléments chimiques sous forme ionique, des globules blancs, des bactéries? Tout ca est constitué d atomes, de molécules, d ions. Mais au fait c est quoi un atome? Documents et animations : Animation : sur le site Séquence 2 => Ressources => AD de quoi est constitué l univers Problématique : Comment décrire un atome et comment différencier les centaines d atomes qui composent toute la matière? Quelle est la différence de constitution entre un atome et un ion qui peuvent porter le même nom? 1

2 Travail à effectuer : 1. L histoire de l atome Regarder l animation: Modèle de l atome en activant les commentaires 1.1. Que signifie le terme insécable? 1.2. En vous aidant des connaissances acquises en classe de troisième, à quoi correspond la substance électriquement positive du modèle de Thomson? 1.3. En quoi le modèle de la physique moderne (animation «modèle de l atome») contredit le modèle proposé par Rutherford? 1.4. L'atome en physique moderne est décrit par la théorie de Schrödinger selon lequel les électrons sont modélisés par un "nuage électronique". En quoi cette théorie contredit-elle le modèle proposé par Rutherford?

3 Séquence 2 : La constitution de la matière dans l Univers 2 nde - SPC 2. Localisation des particules dans l atome et symbole de l atome Lancer animation : Entités monoatomiques Essayer de placer un électron, un proton ou un neutron dans le noyau ou dans le nuage électronique Conclure quant à la localisation de ces différentes particules dans l atome et compléter le schéma : 2.2. Construire un noyau avec 3 protons et 4 neutrons. Ajouter le nombre nécessaire d'électrons pour obtenir une forme atomique de l'atome de lithium. Comparer alors le nombre d'électrons ajoutés et le nombre de protons du noyau On représente le noyau atomique par le symbole : Que représentent X, A et Z? Quelle opération entre les nombres A et Z permet de déterminer le nombre de neutrons? 3

4 3. Caractéristiques électroniques des particules de l atome Le but de cette partie est de déterminer le signe de la charge électrique portée par un atome, par les particules qui le constituent (proton, neutron et électron) Lancer l animation : boite à charge Choisissez une répartition de charges fixes (au choix). Cliquer sur une entité pour la faire apparaitre. En déposant sans vitesse initiale les différentes entités dans la boîte à charge, compléter le tableau ci-dessous. Entité Proton Neutron Électron Atome Charge électrique 4. Structure électronique d un atome Dans son modèle planétaire, Rutherford propose en 1911 un modèle de l'atome dans lequel un noyau central est entouré d'électrons en mouvement sur des orbites quelconques. En 1913, Niels Bohr corrige le modèle de Rutherford en affirmant que les électrons sont répartis dans des orbites circulaires particulières appelées couches électroniques. Cette partie propose d'étudier ces couches électroniques et de comprendre comment les électrons s'y organisent. Regarder l animation : Structure de l'atome choisir l'onglet "Les électrons". Augmenter le nombre de protons jusqu'à 18 En étant le plus précis possible, énoncer les règles suivies lors du remplissage des différentes couches électroniques (nombre d'électrons par couche, ordre de remplissage, passage d'une couche à une autre...)

5 Séquence 2 : La constitution de la matière dans l Univers 2 nde - SPC 5. De l atome à l ion Regarder l animation : Entités monoatomiques Construire l atome de lithium (3 protons et 4 neutrons) En modifiant un des paramètres, transformer l'atome de lithium Li en ion lithium Li Que faut-il faire pour transformer un atome de lithium en ion lithium ( qui existe)? Le noyau est-il modifié lors de cette transformation? 5.2. Quelle est la formule générale d un ion formé à partir d'un atome X qui gagne un nombre n électrons? qui perd un nombre n d électrons? 6. Les isotopes Faire varier le nombre de neutrons du noyau pour trouver tous les atomes ayant pour symbole chimique Li «qui existent» Noter la représentation symbolique de tous ces noyaux. 5

6 Li et 3 7 Li sont des noyaux isotopes du lithium. Quel est leur point commun? En quoi diffèrent-ils? 6.3. Proposer une définition de l'isotopie. 7. Expérience de Rutherford : Afin d'étudier la structure de l'atome, Ernest RUTHERFORD ( ) propose en 1909 de bombarder une feuille d'or avec des particules α, en plaçant un écran de détection tout autour de la feuille d'or. Une particule α est un noyau d'hélium chargé positivement, dont la taille est bien plus petite que celle des atomes d'or. Regarder l animation : Expérience de Rutherford 7.1. Si on considère, comme avant 1909, que les atomes sont des sphères pleines, rangées les unes contre les autres, que devrait-il se passer pour les particules α?

7 Séquence 2 : La constitution de la matière dans l Univers 2 nde - SPC 7.2. Rutherford a observé une tache très intense sur l'écran de sulfure de zinc situé derrière la feuille d'or. Que peut-on déduire de cette observation? 7.3. Par ailleurs, quelques points fluorescents ont également été observés autour de cette tache centrale. Quelle information supplémentaire peut-on en déduire? 7.4. On dit que le remplissage de l'espace par la matière est lacunaire. Que signifie cette expression? L'expérience de Rutherford est-elle en accord avec cette affirmation? 7

8 8- Retour sur le texte introductif Utiliser l'animation : Structure de l'atome Choisir l'onglet "Le noyau" Donner la représentation symbolique des atomes cités dans le texte d introduction en complétant le tableau ci dessous. Remarque : la valeur qui suit le nom de l atome (par exemple iode 123) correspond à son nombre de nucléons. Utiliser l'animation : entité mono atomique Donner la formule des ions cités dans le texte d introduction en complétant le tableau ci dessous. On se limitera aux formes ioniques «qui existent». Conclure avec l animation : Scintigraphie