Module : chimie de la Terre
Introduction sur le site: 17/01/01
Derniere modification: 17/01/01
1- Atome, elements chimiques et isotopes
Les
notions d'element chimiques et d'isotopes sont fondamentales pour la comprehension
des mecanismes chimiques qui se produisent dans la Terre. La constitution
de l'atome permet de definir ces deux notions.
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Representer en gif anime :
Il est egalement possible/souhaitable a ce moment la de faire l'analogie 'systeme planetaire' sous forme animee Voir http://www.colorado.edu/physics/2000/index.pl |
Representer en gif anime : |
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Note: garder la meme convention de couleur |
l'hydrogene (le plus simple):
1 proton avec un electron qui gravite autour |
l'oxygene: 8 protons et 8 neutrons pour le noyau, et 8 electrons qui gravitent autour | l'uranium (un element lourd): 92 protons, 146 neutrons, et 92 electrons qui gravitent autour |
N.B. l'amination ci-dessus presente l'isotope (voir ci-dessous) de plus forte abondance de l'element considere
Note sur l'animation: je pense plutot a une vision avec deux d'echelles
de regard:
- l'atome: noyau autour duquel gravient les electrons:
je pense plutot a une vision planaire pour que le visiteur puisse bien
compter les differents
electrons, sur les differentes orbitales.
Le noyau sera alors represente comme un point (choisir une 4eme couleur)
- le noyau (proposer donc un option de zoom avant-arriere,
meme si ca peut se ramener a deux images distinctes): une vision du noyau,
toujours avec les deux couleur
Voir http://www.colorado.edu/physics/2000/index.pl
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1H | 2H ou deuterium | 3H ou tritium |
Dessin du noyau: 1 proton | Dessin du noyau: 1 proton + 1 neutron | Dessin du noyau: 1 proton + 2 neutrons |
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Pour conclure, la reference a un isotope se fait generalement sous la forme AXZ ou:
2 - Classification periodique des elements
En 1869, un chimiste russe,
Dimitri Mendeleiev (contacter Vincent Deparis pour
un eventuel approfondissement historique) eu l'idee de classer les
éléments chimiques dans un tableau, dans l'ordre de leur
masse atomique. Il les regroupe en lignes et en colonnes selon leur propriétés
chimiques et physiques. Depuis la table a evolue, et le classement se fait
par numero atomique. Cette classification permet de distinguer un certain
nombre de familles d'éléments qui ont des propriétés
physico-chimiques similaires. les Alcalins (Li, Na, K, Rb Cs), les Alcalino-terreux
(Be, Mg, Ca, Sr, Ba), les éléments de la famille du Titane
(Ti, Zr, Hf), les Halogènes (F, Cl, Br, I), les Gaz Rares (He, Ne,
Ar, Kr, Xe), les Lanthanides ou Terres Rares, et enfin les Actinides, qui
sont les elements les plus lourds.
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Faire un tableau periodique classique.
Lorsque l'utilisateur passe sa souris sur une colonne, une ligne, les proprietes de chaque element s'affichent:
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Note: il faudra resoudre les problemes lies aux groupes qui se chevauchent (lignes-colonnes-ensemble). |
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Refaire le tableau periodique.
Lorsque l'utilisateur passe sa souris sur une colonne, une ligne, ou un ensemble d'elements caracterises par les memes proprietes (ex metaux de transition), un roll over s'affiche (meme type que pour la page d'accueil) avec les principales caracteristiques du groupe considere |
Note: il faudra resoudre les problemes lies aux groupes qui se chevauchent (lignes-colonnes-ensemble). |
Biblio:
Chimie1. Coll. Bio-Veto. P.Grecias et JP Migeon. Lavoisier Tec et Doc Ed.
Elements de physique nucleaire. Blanc et Ambrosino. Masson et Cie Ed.
+ livres cites dans la partie radioactivite
Voir egalement:
http://www.colorado.edu/physics/2000/index.pl
- http://www.webelements.com/webelements/elements/
Nous n'allons pas expliquer en détail cette classification
mais rappeler les noms attribués aux différentes colonnes
(éléments alcalinsÞ gaz
rares) et la variation de taille sur une même colonne ou sur une
même ligne.
Nous n'avons pas besoin de toutes les informations disponibles sur
ces sites. L'essentiel est la masse, les différents isotopes d'un
élément avec leurs masses et leurs abondances.
3 - La radioactivite
3.1 - La radioactivite et les phenomenes radioactifs
La radioactivite est le phenomene d'emission spontanee d'une particule ou d'un rayonnement par un noyau atomique. Il existe quatre phenomenes radioactifs:
animation phenomenes radioactifs
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la desintegration alpha: une particule alpha est un groupe de 2 neutrons et 2 protons qui quitte spontanement le noyau. Cette particule est en fait un noyau d'He. Ce type de desintegration n'affecte que les noyaux de masse atomique superieure a 82 (Pb). | Pour toute ces animations, le point de depart est un noyau (assez volumineux, avec les memes caracteristiques de couleur que precedement) d'ou est emis la particule caracteristique du phenomene radio considere. |
la desintegration beta +: un neutron du noyau se transforme spontanement en proton, avec conjointement creation et emission d'un electron et d'un neutrino | En cliquant sur le phenomene radio (texte ci-dessus) l'utilisateur obtient l'animation correspondante et le texte qui va avec (cf cases ci-contre) ainsi que l'ecriture mathematique de la reaction. |
la desintegration beta -: un proton du noyau se transforme spontanement en neutron, avec conjointement creation et emission d'un positon (particule elementaire de meme masse que l'electron, mais de charge positive) et d'un antineutrino | desintegration beta: il faudra voir un changement de couleur (neutron vers proton ou inversement) dans le noyau conjointement a l'emission de la particule |
la fission spontanee: un noyau se separe spontanement en 2 a 3 fragments importants en emmetant quelques neutrons. Les fragments forment de nouveau noyaux radioactifs qui se desintegrent par beta successifs en un noyau stable. | neutrino/amtineutrino: la definition apparaitra en roll-over: le neutrino (resp. l'antineutrino) est une particule elementaire de masse tres faible et ne possedant pas de charge. Il n'est virtuellement pas arrete par la matiere. Par exemple, des neutrinos cree dans les etoiles traversent l'ensemble de la Terre en permanence. |
le rayonnement gamma: emmission d'un photon de haute energie. Ce rayonnement est generalement lie au retour a l'etat fondamental d'un noyau excite suite a une desintegration alpha ou beta. | Pour l'emission gamma, il faudra partir de l'une des desintegrations,
qui aboutira a un noyau dans un etat excite (petite ligne ondulee partant
du
noyau, par ex. + note a cote), et retournera dans un etat stable avec emission d'un rayonnement gamma (photon: fleche ondulee qui part du noyau). |
3.2 - Les types de radioactivite
Il existe deux type de radioactivite:
3.2.1 - la radioactivite naturelle
Elle fut decouverte par
Henri Becquerel en 1896 (contacter Vincent Deparis
pour un eventuel approfondissement historique).
Elle provient de deux phenomenes majeurs: la nucleosynthese et l'interaction
entre les materiaux de la surface terrestre et le rayonnement cosmique.
Elle est tres utilisee pour la connaisance de la chimie de la Terre, en
particulier pour la datation, pour connaitre l'age de la Terre,
ou des differents constituants de la Terre, mais egalement pour
tracer
les mouvements d'elements chimiques dans la Terre.
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232Th (A = 4n) - Serie du Thorium | 238U (A = 4n+2) - Serie de l'Uranium | 235U (A = 4n+3) - Serie de l'Actinium |
Faire ou trouver le shema de ces trois chaines |
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animation en 3 etapes (3 echelles):
- echelle 1: systeme Terre. Un rayonnement (fleches ondulees) arrive sur la Terre, une partie penetre l'atmosphere, la majorite est reflechie, deviee. Position observateur: dans le systeme solaire. - echelle 2: surface terrestre. Un rayonnement touche une surface rocheuse (photo ou reproduction) type granite/roche metamorphique. - echelle 3: echelle atomique: un atome de XX est transforme en 10Be, et un atome de YY est transforme en 26Al lorsqu'ils sont touches par le rayonnement. Le zoom devra etre continu/ transition type animation E=M6 type tunnel. |
3.2.3 - La radioactivite artificielle
Elle est lliee aux activites anthropiques: centrales nucleaires, essais
militaires, experiences scientifiques, medicales et biologiques...
Les geochimistes utilisent ce type de radioactivite pour des tracages
dans les enveloppes fluides de la Terre. Ce sujet ne sera pas developpe,
car il est hors de notre propos
Biblio:
Introduction
a la physique nucleaire. Haenge. Masson et Cie Ed.
Les radioelement: production-dosage-application. D. Blanc. Masson et Cie
Ed.