Voici le corrigé détaillé des exercices sur l’origine de la matière. Vérifie tes réponses étape par étape : pour les compositions d’atomes, la méthode est toujours la même (Z, puis A − Z, puis électrons).
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La correction détaillée : corrigé origine matière
Correction de l’exercice 1 : Questions de cours1. Un atome contient un noyau (au centre) et des électrons qui l’entourent ; le noyau contient des protons et des neutrons.
2. Les nucléons sont les particules du noyau : protons et neutrons.
3. Z est le nombre de protons (numéro atomique), A le nombre de nucléons.
4. L’hydrogène et l’hélium.
a. Vrai : l’atome est électriquement neutre.
b. Faux : elle est concentrée dans le noyau.
c. Vrai : Z définit l’élément.
d. Vrai : Z = 6 pour tous les atomes de carbone.
e. Vrai : c’est la fusion nucléaire.
f. Faux : l’or est formé dans des événements violents (supernova, collision d’étoiles).
Carbone : 6 protons, 6 neutrons (12 − 6), 6 électrons.
Oxygène : 8 protons, 8 neutrons, 8 électrons.
Sodium : 11 protons, 12 neutrons, 11 électrons.
Fer : 26 protons, 30 neutrons (56 − 26), 26 électrons.
1. Z = 11 : sodium ; A = 11 + 12 = 23.
2. Atome neutre : Z = 17 électrons = 17 protons : chlore ; A = 17 + 18 = 35.
3. Z = A − neutrons = 40 − 20 = 20 : calcium.
1. Noyau : 8 protons, q = 8 × 1,6 × 10−19 = 1,28 × 10−18 C.
2. Électrons : 8 électrons, q = −8 × 1,6 × 10−19 = −1,28 × 10−18 C.
3. Charge totale : 1,28 × 10−18 − 1,28 × 10−18 = 0 C : l’atome est électriquement neutre.
1. mnoyau = 12 × 1,67 × 10−27 ≈ 2,00 × 10−26 kg.
2. mélectrons = 6 × 9,1 × 10−31 ≈ 5,5 × 10−30 kg.
3. 5,5 × 10−30 ÷ 2,00 × 10−26 ≈ 2,7 × 10−4, soit 0,027 %. La masse des électrons est négligeable : la masse de l’atome est celle de son noyau.
1. 10−10 ÷ 10−15 = 105 : 100 000 fois plus grand.
2. 1 cm × 105 = 105 cm = 1 000 m = 1 km.
3. 100 m ÷ 105 = 10−3 m = 1 mm.
4. À l’intérieur d’un atome, il y a surtout du vide : la matière est lacunaire.
1. Z = 6 : A = 12 ; Z = 10 : A = 20.
2. Hélium : 4 − 2 = 2 ; bore : 11 − 5 = 6 ; néon : 20 − 10 = 10 neutrons.
3. Les nombres de neutrons et de protons sont proches (égaux pour l’hélium, le carbone, l’oxygène et le néon).
4. Non : pour Z = 1, A = 1 et non 2 : l’hydrogène n’a pas de neutron.
1. Hydrogène (74 %) et hélium (24 %).
2. 100 − 74 − 24 = 2 %.
3. Le Big Bang : les premiers noyaux formés étaient surtout de l’hydrogène et de l’hélium.
4. Dans le cœur des étoiles (fusions successives) et lors des explosions d’étoiles pour les éléments les plus lourds.
1. L’oxygène, avec 46 %.
2. 46 + 28 + 8 + 5 + 4 + 9 = 100 %.
3. 46 + 28 = 74 %.
4. Non : le Big Bang n’a produit presque que de l’hydrogène et de l’hélium. L’oxygène, le silicium, l’aluminium, le fer et le calcium ont été fabriqués dans des étoiles.
1. 13,8 milliards d’années.
2. 13,8 − 4,6 = 9,2 milliards d’années.
3. 4,6 ÷ 13,8 ≈ 1/3 (0,33).
4. Pendant ces 9,2 milliards d’années, des étoiles ont vécu et fabriqué du carbone, de l’oxygène, du fer, puis les ont dispersés en explosant. Le nuage qui a formé le Soleil en contenait déjà.
1. Le noyau d’hélium contient 4 nucléons (2 protons et 2 neutrons), comme les 4 noyaux d’hydrogène au départ : le nombre de nucléons se conserve.
2. De l’énergie rayonnée (lumière et chaleur).
3. 4,6 ÷ 10 = 46 % de sa vie.
4. 10 − 4,6 = 5,4 milliards d’années environ.
a. Les protons et les neutrons sont des nucléons.
b. Le nombre de neutrons est égal à A − Z.
c. Un atome neutre possède autant d’électrons que de protons.
d. Les éléments lourds ont été formés dans des explosions d’étoiles ; le Big Bang a donné H et He.
e. Le noyau est environ 100 000 fois plus petit que l’atome.
1. 126C : 6 p, 6 n, 6 é ; 136C : 6 p, 7 n, 6 é ; 146C : 6 p, 8 n, 6 é.
2. Ils ont le même nombre de protons (Z = 6) ; ils diffèrent par le nombre de neutrons, donc par A.
3. Parce que l’élément est défini par Z : Z = 6 donne toujours du carbone.
1. 1,0 g = 1,0 × 10−3 kg ; N = 1,0 × 10−3 ÷ 2,0 × 10−26 = 5,0 × 1022 atomes.
2. N = 1,0 × 10−3 ÷ 1,67 × 10−27 ≈ 6,0 × 1023 atomes.
3. Chaque atome d’hydrogène est environ 12 fois plus léger qu’un atome de carbone : pour une même masse, il en faut beaucoup plus (6,0 × 1023 ÷ 5,0 × 1022 ≈ 12).
1. Du carbone, de l’oxygène et du fer (et d’autres éléments jusqu’au fer).
2. L’explosion de l’étoile (supernova).
3. Il s’est formé à partir d’un nuage contenant déjà des atomes issus d’étoiles disparues : il contient des éléments lourds absents après le Big Bang.
4. Les atomes du corps humain (carbone, oxygène, azote, fer…) ont été fabriqués dans des étoiles, puis dispersés dans l’espace avant la formation du système solaire.
Big Bang : hydrogène, hélium.
Cœur des étoiles : carbone, silicium, oxygène, fer.
Explosions d’étoiles : or, uranium.
1. 3 protons et 4 neutrons.
2. Z = 3 : lithium ; A = 3 + 4 = 7 ; noyau 73Li.
3. L’atome neutre possède 3 électrons.
4. Charge : +3 e = 3 × 1,6 × 10−19 = 4,8 × 10−19 C.
1. 1,67 × 10−27 ÷ 9,1 × 10−31 ≈ 1,8 × 103 : un nucléon est environ 1 800 fois plus massif.
2. m ≈ 23 × 1,67 × 10−27 ≈ 3,84 × 10−26 kg.
3. mé = 11 × 9,1 × 10−31 ≈ 1,0 × 10−29 kg ; part : 1,0 × 10−29 ÷ 3,84 × 10−26 ≈ 2,6 × 10−4, soit 0,026 %.
4. Cette part est inférieure à un millième : elle ne change pas la valeur de la masse aux chiffres significatifs utilisés. On la néglige donc.
Composition : 26 protons, 30 neutrons, 26 électrons.
Exemple de rédaction. Après le Big Bang, il y a 13,8 milliards d’années, il n’existait que de l’hydrogène et de l’hélium. Plus tard, les premières étoiles ont fusionné ces noyaux en éléments plus lourds : carbone, oxygène, puis, dans les étoiles massives, du fer. Quand l’une d’elles a explosé en supernova, elle a dispersé ses atomes dans l’espace. Il y a 4,6 milliards d’années, un nuage enrichi de ces atomes s’est effondré et a formé le Soleil et la Terre. Notre atome de fer, avec son noyau de 56 nucléons, a fini dans la croûte terrestre, puis dans l’acier de ton stylo.
Comment progresser après ce corrigé
Retiens la méthode : Z donne les protons et les électrons, A − Z donne les neutrons. Pour les ordres de grandeur, passe toujours par les puissances de dix et vérifie que ton résultat est plausible. Refais sans regarder les exercices 3, 6 et 11, puis explique l’origine de la matière à voix haute en quatre phrases.