L'origine de la matière

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1 L'origine de la matière Objectifs : - Connaître et comprendre l'origine de la matière - Savoir que la matière observable est partout la même - Savoir que la matière obéit aux même lois partout dans l'univers - Savoir associer leurs symbole aux éléments chimiques - Connaître les espèces chimiques présentes majoritairement dans l'univers - Connaître les espèces chimiques présentes sur Terre I. La matière 1) Classification périodique : les atomes et leur symbole La matière est composées de...;, elles-mêmes formées d'.... Nous avons vu que les scientifiques utilisent la... pour classer les espèces chimiques atomiques en fonction de leurs propriétés. Ainsi tous les atomes connus sont placés dans cette classification, où est associé à l'atome son symbole. Exercice : retrouver les nom des atomes à l'aide de leur symbole : C N O He Ne Mg S Si Ni Fe 2) Origine de la matière D'où viennent les atomes présents sur Terre? Djibril vient d'étudier la composition de l'univers en sciences physiques. Il se compose à son début uniquement d'hydrogène, d'hélium. Pourtant, il a vu en sciences et vie et de la Terre que la Terre, quant à elle, contenait beaucoup d'autres espèces chimiques, comme L'oxygène, ou le fer. Il se demande d'où peuvent bien provenir ces atomes puisqu'ils n'existaient pas dans l'univers primitif. Questions : A partir de la situation problème, des documents et de votre connaissance sur la formation de notre système solaire : Q1 : Fais une phrase pour dégager l'information essentielle de chaque document Q2 : Explique comment des espèces chimiques tels que l'oxygène ou le fer peuvent se trouver sur Terre. Réponses : Q1) Doc 1 :... Doc 2 : Doc 3 : Doc 4 : 1

2 Document 1 : Composition de l'univers au début de sa vie Moins de ans après le Big Bang, la température de l'univers est si élevée que les atomes ne peuvent pas encore se former. Ce n est que lorsque sa température descend en dessous d'environ un milliard de degrés que les noyaux des atomes se forment. Cependant, à ce stade, il n'est pas possible de fabriquer des noyaux atomiques lourds : seuls les noyaux d hydrogène, d hélium et de lithium sont produits lors de cette phase qui commence environ une seconde après le Big Bang et qui dure environ trois minutes. C est ce que l on appelle la nucléosynthèse primordiale, dont la prédiction, la compréhension et l observation des conséquences représentent un des premiers accomplissements majeurs de la cosmologie moderne. D'après : h.c3.a8se_primordiale Document 2 : Composition de la Terre, troisième planète du système solaire. Document 3 : Mort de notre Soleil, une étoile de classe F Notre Soleil est formé majoritairement d'hydrogène. Cet hydrogène est transformé continuellement en hélium, lors de réaction de fusion nucléaire : c'est de là que le Soleil tire toute son énergie. Quand la plupart de son hydrogène sera épuisé, le centre de l'astre va s'effondrer sur lui-même. La température interne de l'étoile va alors augmenter jusqu'à environ cent millions de degrés. Dans ces conditions, l'hydrogène ne se transforme plus en hélium mais, mais en oxygène puis en carbone. Les régions externes du soleil, quant à elle, se refroidissent et se dilatent démesurément jusqu'à transformer l'étoile en géante rouge. Puis le cœur de l'étoile continue à s'effondrer, les couches externes enfleront à nouveau pour former une super-géante rouge. Cette enveloppe sera enfin repoussée dans l'espace (vent stellaire) pour former ce que l'on appelle - d'un mauvais terme - une nébuleuse planétaire. Ne restera plus que le cœur de l'étoile qui sera alors devenu une naine blanche, il refroidira durant des milliard d'années jusqu'à ne plus être visible. Le Soleil sera alors devenue une naine noire. Document 4 : Les différentes classes d'étoiles (classification de Harvard) Classe de l'étoile O B A F,G K,M Masse (en masse solaire) à 1,5 0,2 à 0,7 Couleur Bleue Bleue/blanche blanche Blanche/jaune Orange/rouge Vie sur séquence principale (en milliards d'années) Composition initiale de l'étoile Composition du noyau final 0,06 0,10 0, H, He H, He H H, He H, He C N O He Ne Mg S Si Ni Fe C N O He Ne Mg S Si Phénomène terminal supernova supernova Nature du noyau résiduel trou noir étoile à neutrons C N O O C He nébuleuse planétaire naine blanche vent stellaire vent stellaire naine blanche naine blanche 2

3 Q2)... Correction : A COLLER Selon la théorie du..., au tout début de la formation de l'univers, seuls les éléments... du début de la classification périodique ont été crées (......). Les autres éléments ont été crées dans les étoiles au fil de leur.... Certaines étoiles massive explosent en fin de vie, laissant place à une... C'est au sein de ces nébuleuses que se forment les... et leurs cortèges de.... Ainsi, la matière présente sur Terre provient des vestiges d'une étoile massive (nébuleuse) qui a donnée naissance à notre système solaire. II. Propriété de la matière 1) Uniformité de la matière La matière est-elle uniforme? A grande échelle. 1. Que reconnait-on sur ce cliché? Hormis cette région caractéristique, les autres régions du ciel présentent-elles des différences? La matière est-elle uniforme à grande échelle?... 3

4 A plus petite échelle, sur notre planète. 1. Où ce paysage a-t-il été photographié? Donner une zone géographique (vue en HG) 2. Une zone géographique présente-t-elle des différences significatives? 3. La matière est-elle uniforme à plus faible échelle? Que se soit à grande ou à plus faible échelle, la matière est relativement uniforme. Les scientifiques postulent que la matière est... partout dans l'univers. C'est ce que l'on appelle l'... Elle s'explique par l'origine même des éléments chimiques. 4

5 Remarque : à l'échelle atomique, il est impossible de différentier deux atomes de même nature. A cette échelle microscopique, un atome de Fer présent dans une mine de Lorraine est le même qu'un atome de fer présent dans une nébuleuse. 2) Isotropie de la matière De la même manière que l'on a dit que la matière était uniforme, on considère que la matière à les... quel que soit l'endroit où elle se trouve dans l'univers. Un atome de fer à les même propriétés ici sur Terre qu'ailleurs dans l'univers. On dit que la matière est... : III. Composition chimique 1) de l'univers On l'a vu lors de l'étude de document, L'univers est composé majoritairement d'hydrogène et d'hélium. Ce sont des éléments chimiques légers. 2) sur Terre Sur Terre, on trouve beaucoup plus d'éléments chimiques, dont des éléments lourd (c'est à dire plus gros que le lithium) dans des proportions très différentes. Les deux composants majoritaires sont l'... et le... 5