Fiche de révision : Un niveau d'organisation : les éléments chimiques

Composition de la matière en éléments chimiques

• L’atome, constituant fondamental de la matière, est composé d’un noyau central contenant des protons et des neutrons. Autour de ce noyau gravitent des électrons.
• Chaque atome est caractérisé par son numéro atomique ($\text Z$) et représenté par son symbole chimique.
• Une étoile est composée dans sa très grande majorité de deux éléments chimiques : l’hydrogène et l’hélium. Les 2 % restants sont constitués d’autres éléments chimiques, tels que le carbone, l’oxygène, l’azote ou encore le fer.
• Sur Terre, l’hélium est absent et l’hydrogène représente moins de 1,5 %. Les éléments les plus abondants dans la croûte terrestre sont le fer, l’oxygène, le silicium et le magnésium.
• Toutefois, il faut différencier la matière du vivant de la matière du non-vivant. En effet, la matière du vivant est articulée autour de trois éléments essentiels au développement de la vie : l’oxygène, l’hydrogène et le carbone.

Les réactions nucléaires

• Lors de la réaction de fusion nucléaire, des noyaux légers s’unissent pour former un noyau plus lourd. Cette réaction n’intervient qu’à des températures très élevées et s’accompagne d’une libération d’énergie.
• La matière présente dans l’Univers est produite dans les étoiles, grâce à des réactions de fusion nucléaire. Les étoiles consomment ainsi de l’hydrogène (élément chimique léger) pour former de l’hélium qui, à son tour, fusionne pour donner des noyaux plus lourds (carbone ou oxygène) qui sont ensuite dispersés dans l’espace.
• Une réaction de fission nucléaire est une réaction nucléaire au cours de laquelle un neutron entre en contact avec un noyau lourd et le divise en deux noyaux plus légers, avec émission d’autres neutrons et d’énergie.
• Ces réactions nucléaires sont mises en œuvre dans les centrales nucléaires.

Désintégration et datation

• Certains noyaux produits lors des réactions de fusion ne sont pas stables. Ils sont dits radioactifs. La désintégration nucléaire est un phénomène naturel permettant à ces éléments de se désintégrer en un ou plusieurs autres noyaux plus légers et plus stables.
• Chaque élément radioactif possède une durée d’existence précise, caractérisée par le temps de demie-vie (noté $t_{1/2}$).
• Le carbone 14 est un isotope radioactif du carbone 12 (99,9 % du carbone présent sur Terre).
• La mesure du nombre de noyau de carbone 14 permet la datation de la matière organique morte. En raison de son instabilité, le carbone 14 subit des désintégrations radioactives, sa quantité diminue alors au cours du temps.
• Ainsi, en étudiant la quantité de carbone 14 restante dans la matière organique morte, il est possible, grâce à la connaissance du temps de demi-vie, de déterminer la durée séparant le moment de l’analyse et le moment de la mort.