Physique des particules

Dimanche 19 février 7 19 /02 /Fév 14:05

L’atome est électriquement neutre (charge positive des protons = charge négative des électrons) jusqu’à ce qu’une énergie extérieure vienne modifier le nombre des électrons : l’atome ionisé devient un ion de charge électrique positive (en cas de déficit d’électrons) ou de charge électrique négative (en cas d’électrons excédentaires). Un lien complémentaire : 

http://f5zv.pagesperso-orange.fr/RADIO/RM/RM23/RM23D/RM23D01.HTM

 

L’électricité est liée au magnétisme : déplacement d'électrons libres et réorientation des particules en fonction de leurs polarités + ou - : champs électrique, champs magnétique induisent le champs gravitationnel. Un lien complémentaire :

http://www.bbemg.ulg.ac.be/FR/2Notions/cecm.html

 

La compatibilité des atomes aux assemblages moléculaires implique qu'il puisse exister une aptitude des éléments à mettre en commun leur force électromagnétique et de constituer des molécules en fonction du flux et reflux d’énergie reçue et réémise entre ces éléments et leur environnement.

Ces assemblages moléculaires donneront de la matière inerte ou de la matière vivante (apte à la réplication). Un lien :

http://www.facmed-annaba.com/medecine/Genetique/20082009/GENETIQUE%20MOLECULAIRE.pdf

 

L'aptitude des éléments simples a se lier entre eux dépend de leurs propriétés, de la couche électronique de valence, du rayon ionique, de la température, de la pression. Un lien sur les liaisons chimiques :

http://lcbcpc21.epfl.ch/Course/aimf/aimf1_7.pdf

 

On retrouve certains éléments simples dans des compositions habituelles d'éléments commoe par exemple : H2O (élément composé ou molécule de l'eau). Cours sur la molécule d'eau :

 

http://ead.univ-angers.fr/~jaspard/Page2/COURS/3CoursdeBiochSTRUCT/1EAU/1H2O.htm

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Vendredi 17 février 5 17 /02 /Fév 12:14

 

 

Connaissances préalables : liaisons ioniques, couche de valence

 

 

Le paramètre le plus sensible d’un élément est son rayon ionique

-         un rayon ionique optimal est essentiel pour une incorporation dans un assemblage cristallin

exemple : les Terres Rares ont un rayon ionique voisin de celui du calcium ce qui facilite l’assemblage « mécanique «  des éléments : les minéraux calciques (calcite, clinopyroxène, grenat, plagioclase) sont des hôtes potentiels des Terres Rares.

 

La charge ionique est un autre facteur important, les ions de signes opposés étant plus sensibles à se combiner

      - un ion en excès de charge impose une compensation par un ion en déficit de charge.

 

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Lundi 13 février 1 13 /02 /Fév 12:44

Un atome est toujours électriquement neutre

La tension électrique est équilibrée entre la tension positive des protons et la tension négative des électrons.

(rappel : un atome se défini par : nombre de protons = nombre d'électrons).

 

 Mais lorsque le nombre d'électrons est modifié (on parle alors de ions), soit en moins, soit en plus, le bilan des charges entre eux et le noyau est modifié :

-  le gain en électrons correspond à un bilan (noyau-électrons) en diminution de charge : ces ions sont plus précisément des anions

- des électrons en - correspond à un bilan (noyau-électrons) en augmentation de charge : ces ions sont plus précisément des cations

 ___________

Le courant électrique est un déplacement d'électrons libres, sans véritable noyau maître, dans un solide métallique ou un liquide électrolyte dans lesquels les liaisons électromagnétiques entre noyaux et électrons sont faibles.

 

Le courant électrique a une polarité + et -, les ions ont un sens de déplacement :

 - les ions positifs et négatifs sont attirés par la polarité inverse - et +

  précisément :

- les ions positifs (cations) sont attirés par la polarité négative d'une pile : la cathode

- les ions négatifs (anions) sont attirés par la polarité positive d'une pile : l'anode

 

 Lorsqu'un courant électrique circule dans un liquide électrolytique, il y a double migration des ions (les ions positifs vers l'électrode négative et les ions négatifs vers l'électrode positive)

 

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Dimanche 12 février 7 12 /02 /Fév 14:50

Un atome se compose d'un noyau et d'électron(s) gravitant autour répartis en couche(s). 

La couche de valence est la couche la plus externe, les électrons qui s'y trouvent participeront en premiers aux liaisons moléculaires.

Cette couche de valence est une orbitale sur laquelle évoluent 1 ou 2 ou 3 ou 4 ou 5 ou 6 ou 7 ou 8 électrons et pas plus (ou alors une nouvelle orbitale s'organise).

Lorsque ce nombre est de 8 (comme pour les gaz rares) les associations d'atomes sont difficiles. En effet, les électrons s'organisent 2 par 2. Aucun d'en eux n'est alors disponible pour une autre liaison...

Voici 2 extrêmes : l'atome de potassium (1 électron sur l'orbitale externe) et l'atome de fluor (7 électrons sur l'orbitale externe)

 

  Reprenons un tableau périodique des éléments : (voir dans la marge, à droite, ou sur le web)

  Sans entrer dans les détails, considérer la colonne 17 (qui se termine par un 7...) et la colonne 1...

- La colonne située immédiatement à gauche de celle des gaz rares, la colonne 17, comprend donc des éléments, fluor, chlore, brome, iode, etc..., caractérisés par une couche externe presque saturée : il ne manque qu'un seul électron pour la satisfaire. On peut donc imaginer, sans rien connaître de plus à la chimie de ces éléments, que par ce fait même, cette famille d'éléments se montrera particulièrement "hargneuse" et réactive, dans sa quête de cet électron manquant !

 

- A l'opposé, la première colonne à gauche de la classification, la colonne 1, est constituée d'éléments (alcalins), lithium, sodium, potassium, etc..., caractérisés par une couche externe ne comportant qu'un seul et unique électron. On a là une famille "résignée" : à quoi bon tenter de capturer les n-1 électrons manquants, quelle énorme dépense d'énergie en perspective, c'est insurmontable. La première solution, c'est de "donner" cette unique électron à un élément "accepteur" d'électron, tels que ceux de la 7ème colonne citée précédemment. En effet si on vide entièrement une couche électronique, elle disparaît (une couche électronique n'existe que par les électrons qui la constituent) et c'est la couche interne immédiatement précédente qui devient la nouvelle couche externe et celle-ci était naturellement et évidemment déjà saturée. La deuxième solution, presque équivalente, est simplement de mettre en commun cet électron unique avec ceux d'un atome complémentaire possédant les n-1 électrons nécessaires sur sa couche externe. Dans le premier cas, il y a ionisation et liaison ionique, dans le deuxième cas, covalence et liaison covalente. Cette famille d'éléments se montrera particulièrement "généreuse" dans la mise à disposition de cet électron singleton...

 

Lorsque deux atomes ont chacun 4 électrons sur la couche de valence (carbone, silicium...), c'est la taille de l'atome qui va influencer les liaisons électroniques en fonction des forces électromagnétiques entre noyaux et électrons... (voir un autre article à venir)

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Samedi 11 février 6 11 /02 /Fév 15:24

Dans la nature, il existe une centaine d'éléments chimiques dont voici le

Tableau périodique (des éléments de Mendeleiev), une sorte de catalogue des atomes :

http://www.lachimie.fr/definitions/tableau-periodique.php

Mais seulement certains d'entre eux se retrouveront régulièrement dans les compositions des roches, des minéraux et des cristaux (les éléments lithophiles, sidérophiles ou chalcophiles et en moindre mesure les éléments atmophiles notamment l'oxygène sous forme d'oxyde), voir la...

Classification géochimique des éléments en fonction de leur localisation sur la Terre (selon Goldsmidt)

 http://mysite.science.uottawa.ca/idclark/Geochimie/Classificationgeochimique.pdf

 

Voici enfin, la classification des éléments par électronégativité (c'est à dire par aptitude des éléments à s'assembler : plus un élément est électronégatif et plus cette aptitude est facile) selon Pauling

 

Lien au sujet de l'électronégativité des éléments :

http://www.lbs.fst.u-3mrs.fr/Minerale/electron.htm

 

  Conclusion : On retrouvera souvent les mêmes associations d'éléments et les mêmes molécules dans les compositions de bases. Par exemple, la molécule de base SiO4 pour les roches silicatées, H2O, CO2 etc...

 

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Vendredi 10 février 5 10 /02 /Fév 14:04

L'Univers est constitué de la matière et de son inverse : l'anti-matière...

 

Seule, la matière nous retiendra ici pour en lister les composants principaux :

                     La matière n'est constituée que d'une centaine d'éléments (d'atomes) conjugués en molécules

_____________

- l'atome (ou l'élément) : se défini d'après son nombre de proton(s)

                - 1 atome = nombre de protons

En voici le "catalogue" : le Tableau périodique des éléments

  http://mendeleiev.cyberscol.qc.ca/carrefour/theorie/tabperiodique.html

- le proton est une des deux particules élémentaires du noyau atomique = voir "particules élémentaires"

- le neutron est la deuxième particule élémentaire du noyau atomique = voir "particules élémentaires"

- le noyau atomique est en principe composé de deux particules élémentaires que sont : protons + neutrons  = nucléons

                            1 nucléon = 1 proton + 1 neutron

- le ion : c'est un atome mais avec un nombre d'électrons différent soit un peu plus, soit un peu moins

http://profmokeur.ca/chimie/?var1=http://profmokeur.ca/chimie/tableions.htm

- l'isotope : c'est un atome mais avec un nombre de neutrons différent du nombre de protons (les propriétés sont très voisines)

                   (voir sur wikipédia : la table des isotopes)

- l'élément radioactif (isotopes instables)

Principe énergétique des atomes :

Les atomes absorbent la lumière sous forme d'énergie : ils sont excités, ils gonflent et leurs éléments s'agitent. Ils ré-émettent la lumière lorsqu'ils retournent au repos, mais cette lumière a pu changer si l'atome initial a connu une transformation ionique ou isotopique etc...

 

Sur l'analyse de la lumière : les spectres d'émission et d'absoption :

  http://lycees.ac-rouen.fr/galilee/spectreabsorption.htm

 

En réalité, les atomes s'organisent en

  - molécules  (monomères, polymères...etc...) dans lesquelles ils sont en liaisons stables ou instables et où ils sont à l'état d'ions ou d'isotopes ou radioactifs en fonction des échanges d'énergies.

 - plusieurs types de liaisons entre atomes construisent les molécules en fonction

                         - de l'électronégativités des éléments

                         - de la taille de la couche de covalence des atomes

Sur les liaisons atomiques et moléculaires :

  http://www.molwick.com/fr/matiere/280-molecules.html

 

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Lundi 6 février 1 06 /02 /Fév 13:31

 

L'exploration de la matière nécessite des instruments complexes utilisant un faisceau de lumière extrêmement fin, le plus brillant possible et le plus stable possible, guidé sur une cible par un tube sous vide encadré par une suite d'aimants.

Le faisceau lumineux progresse dans un tube circulaire sous ultravide (l'air initial est chauffé pour une meilleure extraction), il est ainsi isolé de l'atmosphère ambiante. En effet l'air que nous respirons n'est pas le vide au sens où nous l'entendons ici.

Dans la partie circulaire de l'accélérateur la lumière gagne en énergie à chaque tour (elle y est accélérée). Elle y est guidée et courbée par magnétisme.

Ce faisceau lumineux est dirigé, par une suite de fentes, de diaphragmes et de miroirs (appareillage similaire à un appareil photos) sur une cible à étudier dont les atomes sont excités par absorbtion de la lumière reçue qui se traduit par un gain en énergie, un échauffement (les électrons excités ont tendance à s'éloigner du noyau atomique), ils s'agîtent, les atomes "gonflent". Les atomes émettent de l'énergie sous forme de lumière lorsqu'il retournent au repos.

La gamme spectrale des rayonnements utilisés est très large, bien au delà des couleurs de l'arc-en-ciel composant la lumière visuelle.

Certains instruments observent les atomes en contraction (en émission de lumière) comme le Synchrotron-Soleil de Saint-Aubin, d'autres instruments font l'inverse : ils servent à observer les atomes excités (en absorbtion de lumière) comme l'anneau du CERN.

Il est ainsi possible d'explorer la matière et de "voir" dans les roches les fossiles qui s'y trouvent (par exemple)... Mais en fonction de la longueur d'ondes de lumière utilisée, d'autres applications peuvent être réalisées.

  _______________________________________

Voici 3 liens vers des sites concernant des instruments parmi les plus performants du monde

Le synchrotron-soleil situé en région parisienne et qui remplace les installations de Saclay

  http://www.synchrotron-soleil.fr/

  Le CERN

  http://public.web.cern.ch/public/fr/LHC/LHC-fr.html

 

  L'ESRF de Grenoble

  http://www.esrf.eu/decouvrir

 

 

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