**TI82** TxtView file generated by CalcText - KouriP AINTERACA?ÿPhysique - InteractionsChapitre 10 Composition de l'univers : Interactions I. Introduction De quoi est constituée la matière de l'univers ? Echelle macroscopique -> Molécules -> Atomes -> Noyau / Électrons -> Neutrons / Protons II. La matière à différentes échelles 1. Ordre de grandeur L'ordre de grandeur est la puissance de 10 qui s'en approche le plus. ex : Rayon de l'atome H rH = 50 pm (1 pm = 10-12 mètres) rH = 50 x 10 puissance -12 rH = 5,0 x 10 puissance 1 x 10 puissance -12 rH = 5,0 x 10 puissance -11 mètres L'ordre de grandeur est 10 puissance -10 2. Les dimensions des différentes structures de l'univers 10^-15 = noyau 10^-10 = atome 10^-5 = cellule 10^0 = homme 10^7 = Terre 10^13 = Système Solaire 10^21 = Galaxie (voie lactée) 10^26 = Univers III. Les constituants de la matière 1. Les caractéristiques physiques des particules La masse (en kg), la charge (en COULOMB C) Une particule neutre est une particule de charge nulle. La charge électrique q est égale à un nombre entier de fois la charge élémentaire. q = n x e avec n nombre entier Si n > 0 la charge est positive Si n < 0 la charge est négative 2. Les particules constituant l'atome - l'électron me- = 9,1 x 10 puissance -31 kg Ordre de grandeur = 10 puissance -30 kg L'électron porte la charge -e = - 1,6 x 10 puissance -19 C Les nucléons Ils sont de deux sortes : les protons et les neutrons La masse d’un proton est environ égale à la masse d’un nucléon soit 1,67 x 10 puissance -27 kg Le neutron est électriquement neutre Le proton possède la charge +e = +1,6 x 10 puissance -19 C Les atomes et les ions Le noyau atomique Il contient A nucléons A = nombre de masse Z = nombre de protons A = Z + N N = nombre de neutrons Notation de l’atome : A X Z Le noyau est chargé positivement car il porte la charge +Ze Lorsque deux noyaux possèdent le même numéro atomique Z mais un nombre de nucléons A différents, ils sont dits « isotopes" ex Carbone 14 14 C 6 et Carbone 12 12 C 6 L’atome est constitué d’un noyau central qui contient la quasi totalité de la masse de l’atome. Le noyau est très petit devant les dimensions de l’atome. Des électrons sont distribués autour de l’atome. L’atome contient Z protons et Z électrons La charge +Ze du noyau est compensée par la charge -Ze des électrons : l’atome est électriquement neutre. Les ions Un atome peut perdre 1 ou plusieurs électrons : il devient alors un cation (charge positive) ex Cu = Cu2+ + 2e- (ion cuivre II) il porte la charge q = 2e = 3,2 x 10 puissance -19 Si l’atome gagne un ou plusieurs électrons, il devient un anion (charge négative) ex Cl + e- donne Cl- (ion chlorure) il porte la charge q = -e = -1,6 x 10 puissance -19 IV. Les interactions fondamentales Il existe une interaction entre deux systèmes A et B lorsque A exerce une force sur B et B exerce une force sur A L’intéraction gravitationnelle Deux objets A et B de masses respectives mA et mB exercent l’un sur l’autre des actions attractives modélisée par des forces appelles forces d’attraction gravitationnelles ayant la même intensité F. F = FA/B = FB/A = G x (mA x mB) / d2 avec G constante de gravitation universelle G = 6,67 x 10 puissance -11 d = distance entre les centres de A et B La loi de gravitation universelle s’applique aux objets dont la masse est répartie de façon sphérique, c’est à dire de facon régulière à partir du centre. L’intéraction électromagnétique Deux corps A et B porteurs respectivement de charges qA et qB dont les centres sont séparés d’une distance d exercent l’un sur l’autre des actions mécaniques. la valeur la direction est la droite joignant les centres de A et B le sens : les actions sont attractives si qA et qB sont de signes opposés, les actions sont répulsives si qA et qB sont de mêmes signes Ces actions sont modélisées par des forces dites électrostatiques ayant la même intensité. F = k x (val abs de A x val abs de B) / d2 k constante de Coulomb = 9,0 x 10 puissance 9 L’interaction forte permet d’expliquer la cohésion du noyau atomique. Elle compense en effet la répulsion électrique entre protons et lie les protons et neutrons entre eux. La porte de l'intéraction forte ne dépasse pas les dimensions du noyau c’est à dire 10 puissance -15 m L’interaction faible est responsable de certaines désintégrations radioactives. La portée de l’interaction faible est très faible : 10 puissance -18 m Interactions de Van der Waals - Liaisons hydrogène Un solide cristal moléculaire est constitué de molécules régulièrement disposées dans l’espace. La cohésion des solides moléculaires est assurée par 2 types d’intéractions intermoléculaires : Les interactions de Van der Waals Les liaisons hydrogène a. Van der Waals : Cas des molécules polaires ex. Le chlorure d’iode est polaire. Petit delta = charge partielle I (+ petit delta) - Cl (- petit delta) Cl est plus électronégatif que I. L’atome d’iode d’une molécule est toujours voisin d’un atome de chlore d’une autre molécule. Les interactions électrostatiques entre dipoles permanents assurent la cohésion du cristal. Cas des molécules non polaires ex. I2 = diiode Les électrons du doublé de liaison peuvent être plus proches d’un des noyaux d’atome I. Un dipole électrique instantané apparait alors dans la molécule. Les interactions électriques qui découlent de cette polarisation instantanée assurent la cohésion du cristal diiode b. Liaisons hydrogène Une liaison hydrogène se forme lorsqu’un atome d’hydrogène lié à un atome A très électronégatif interagit avec un atome B également très électronégatif et porteur d’un doublé non liant. Les atomes A et B pouvant intervenir sont essentiellement les atomes de Fluor F, d’Oxygène O, d’Azote N, de Chlore Cl. ex. Les liaisons dans l’éthanolÿ