La matire terrestre

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La matière terrestre

• Les fiches sur fond rouge ne font pas partie de
  la matière du cours

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Nombre déléments atomiques dans lunivers visible

• On connaît présentement 106 éléments chimiques.
• 92 dentre eux existent, à létat naturel, à la
  surface de la Terre.
• Lanalyse spectrale a détecté ces 92 éléments
  dans le Soleil, mais dans des proportions
  différentes que sur Terre.
• De nouveaux éléments, super-lourds, sont créés en
  laboratoire. Ils se désintègrent en quelques
  millisecondes. Mais il existe théoriquement une
  île de stabilité pour un atome super-lourd de
  114 protons (Z114) et 184 neutrons (N184). Un
  tel atome devrait rester stable.

Rowley N. 1999 Charting the shores of nuclear
stability. Nature 400. 209-210
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Ilôts de stabilité

• On vient de produire en laboratoire un élément
  chimique de 115 protons, par collision dions de
  48Ca (20 protons et 28 neutrons, qui sécrit
  aussi Z20, N28) et des atomes damericium-243
  (95 protons et 148 neutrons). Le nouvel élément
  sest désintégré en un élément Z 113 il a existé
  pendant une seconde.
• Si, en règle générale, les éléments super lourds
  se désintègrent en moins dune seconde, il
  existerait, selon les théoriciens de latome, des
  nombres  magiques  de protons et de neutrons
  pouvant conférer au noyau une stabilité
  additionnelle.
• Par exemple un noyau de Z82 (82 protons) et
  N126 (126 neutrons) comporte deux nombres
   magiques . Le bismuth, qui se compose de 83
  protons et 126 neutrons, est lélément chimique
  le plus lourd qui ne subisse pas de
  désintégration radioactive.
• Les théoriciens pensent que les nombres
   magiques  suivants dun noyau stable sont
  Z114 et N184. Un tel élément, si on réussit à
  le créer en laboratoire, au lieu de subir une
  fission spontanée, devrait se désintégrer plus
  lentement, en produisant des particules alpha
  (deux neutrons et deux protons, donc équivalent à
  un noyau dhélium).
• Les recherches sont arrivées à proximité du
  nombre magique de 184 et de son îlot de
  stabilité.

Cho A. 2004  New Chemical Elements Probe the
Shoals of Stability. Science 303, 740
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Z 114

• La création des éléments lourds Z110, 111 et 112
  a été réalisée
• 1. en 1994 et 1996 en Allemagne par la fusion
  dune cible de 208Pb (Z82 et N 126) et dun
  projectile léger.
• 2. en 1999, dans les laboratoires ruses et
  américains
• Z114 à Dubna en Russie,
• Z118 et Z116 (par désintégration de Z118) à
  Berkley.
• Pour atteindre lîle de stabilité, on fusionne
  deux noyaux de masse et de charge plus faible. La
  fusion de la cible et du projectile exige une
  énergie cinétique très forte pour surmonter
  lénergie électrostatique de répulsion (ou
  énergie de Coulomb) entre particules de même
  signe positif.
• Lexpérience de Dubna a utilisé une cible de Z
  94 (les isotopes 244Pu et 242 Pu) et un
  projectile riche en neutrons 48Ca (Z20, N28).
  On a ainsi pu atteindre lélément Z114 soit le
  nombre de protons qui caractérise lîle de
  stabilité, tout en se rapprochant de son nombre
  de neutrons.

Rowley N. 1999 Charting the shores of nuclear
stability. Nature 400. 209-210
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Noyaux super lourds

• La durée les noyaux stables se compare à celle de
  lUnivers.
• Les noyaux créés en laboratoire et dont la masse
  est mesurable se désintègrent par
• - linteraction faible (désintégration bêta
  dun proton en neutron ou vice versa) ou par
• - lémission de particules alpha ( noyau 4He),
  diminuant le nombre (Z) de protons
• - par lémission de protons
• - par fission spontanée (coupant le noyau en
  deux morceaux de masses comparables).

Rowley N. 1999 Charting the shores of nuclear
stability. Nature 400. 209-210
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À partir de la matière première dhydrogène et
dhélium les étoiles créent, par fusion atomique,
des éléments plus lourds.
Dans le Soleil, en raison de sa petite taille,
les réactions thermonucléaires se limitent à la
fusion de lhydrogène en hélium
Fer inerte
Fusion du magnésium et du silicium
Fusion du carbone et de loxygène en Mg et Si
Fusion de lhélium en carbone et oxygène
Fusion de lhydrogène en hélium
Reeves H. Grandchamps A. 1993. Initiation à
lastronomie. Le cosmos et lêtre humain.
Université de Montréal, département de physique.
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Supernovae
 Un des plus célèbres pulsar se trouve au sein
de la nébuleuse du Crabe. Il sest formé lors de
lexplosion de létoile hôte. A peine plus gros
que le Mont Blanc, il nous rappelle, trente fois
par seconde, le glorieux événement du 4 juillet
1054  . p. 92  Au moment de lexplosion,
létoile nest pas entièrement dispersée dans
lespace. Il y a un résidu. Cest la partie
centrale qui se replie sur elle-même. Il en
résulte un objet nouveau, aux propriétés
hautement exotiques létoile à neutrons. La
densité des étoiles à neutrons se mesure en
centaines de millions de tonnes par centimètre
cube .
Reeves H.1985 Patience dans lAzur. Québec
Science. 259 p.
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1972 SOLEIL
Le Soleil contient 99 de la matière du système
solaire.
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Les grosses planètes sont formées de gaz
En gris les planètes formées de gaz. En
noir les planètes telluriques.
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Matière solide et liquide

•  A léchelle de la Galaxie ou de lUnivers, la
  quasi totalité de la matière est gazeuse, neutre
  ou ionisée.
• La fraction solide ne représente pas plus du
  millionième, et la fraction liquide pas plus dun
  milliardième de lunivers 
• Reeves H.1985 Patience dans lAzur. Québec
  Science. 259 p. p. 108

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Abondances comparées des éléments chimiques

• Univers Croûte terrestre
• H 90 O 47
• He 9 Si 28
• Al 8
• Fe 4,5
• Ca 3,5
• Na 2,5
• Mg 2,2
• ________ __________
• 99 95,7

Hydrogène et Hélium représentent la matière
première de lunivers aux sens chronologique
(apparu en premier) et industriel (matériau
initial transformé) du terme.
Reeves H. 1985. Patience dans lazur. Lévolution
cosmique. Québec Science, 259 p. p. 223
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Questions de quiz - Séance du 3 septembre 2009

• Quel est lâge de la Terre ?
• Donnez une définition de lalbédo.
• Quel est lélément chimique le plus abondant dans
  un morceau de la croûte terrestre ?
• Quest-ce que lhoméostasie ?
• Quel gaz joue le rôle le plus important dans
  leffet de serre ?
• Donnez le nom dune planète gazeuse du système
  solaire.