Le Morning Glory Pool situé dans le parc national de Yellowstone, aux États-Unis, qui a complètement changé d’aspect et de couleur au fil du temps. 

Curiokids

Le tableau des éléments :
À la découverte des briques secrètes de l’univers !  (1e partie)

Laetitia MESPOUILLE • info@curiokids.net

© Fyle – stock.adobe.com, © Fabrice – stock.adobe.com

Que ce soit dans ton corps, dans ton smartphone ou même dans l’espace, les éléments chimiques sont partout ! Certains donnent des couleurs éclatantes aux pierres précieuses, d’autres façonnent les métaux ultra-résistants des satellites. Sans eux, pas d’or, pas de fer et encore moins de vibranium (même s’il n’existe que dans les films !). Alors, prêts à découvrir les éléments les plus incroyables du tableau périodique ?
 

Regarde autour de toi: ta console, ton gloss,  l’eau que tu bois, le pain au chocolat que tu dévores… Tout est fabriqué à partir de  milliers de minuscules briques: ce sont les  éléments chimiques. Imagine un immense jeu  de Lego® composé de pièces si petites que  non seulement tu ne pourrais pas voir à l’œil  nu mais que tu ne pourrais pas casser pour  obtenir quelque chose de plus petit. On  appelle cela un élément ou encore un atome.  En s’assemblant, ces éléments forment tout ce  qui existe. Certains, comme l’or, sont  visibles et brillants. D’autres, comme l’hélium,  sont invisibles. Tu le connais sûrement: c’est  lui qui fait flotter les ballons de fête dans les  airs et rend la voix rigolote quand on en respire un peu !

Il y a longtemps, les gens pensaient que tout  était fait de feu, d’eau, d’air et de terre. Pas bête, mais pas tout à fait juste !  Aujourd’hui, on sait que tout est constitué  d’atomes, ces minuscules pièces qui  s’associent pour créer des molécules. Par  exemple, l’eau est un mélange d’atomes  d’hydrogène et d’oxygène. Chaque chose est  constituée d’une combinaison d’atomes  unique. Sans ces combinaisons, il n’y aurait ni chocolat, ni voiture, ni verre, ni papier…

Mais comment sait-on tout ça ? Avant 1700, on  ignorait presque tout des éléments. Puis, la chimie s’est développée grâce à  l’invention de nouveaux outils et les scientifiques ont ainsi découvert  progressivement de quoi est fait le monde. Aujourd’hui encore, ils continuent de  percer ses secrets !

 
L’alphabet secret des éléments

Pour s’y retrouver dans tous ces éléments, les chimistes ont créé leur propre alphabet. Des lettres et des symboles qui représentent les 118 éléments découverts à ce jour ! Chaque élément chimique est identifié par un symbole sous forme d’une ou 2 lettres. Par exemple, H pour l’hydrogène, O pour l’oxygène, C pour le carbone… Facile, non ? Mais certains symboles sont plus mystérieux… L’or par exemple: pourquoi son symbole est-il Au ? Parce que son nom vient du latin Aurum, qui signifie «brillant». Le potassium est quant à lui symbolisé par K car son nom vient de l’allemand Kalium; et le sodium, dont le symbole est Na, pour Natrium.

Sur les 118 éléments connus, 94 existent naturellement sur Terre. Ce sont ceux que l’on trouve dans les montagnes, l’eau, notre corps ou même dans les étoiles ! Les 24 autres ont été fabriqués en laboratoire par les scientifiques. Ces éléments artificiels sont cependant souvent très instables: ils disparaissent en quelques fractions de seconde après leur création ! Certains éléments existent en si petites quantités qu’il est impossible de les récupérer directement. Par exemple, le technétium (Tc), qui est fabriqué en laboratoire pour être utilisé en médecine.

Grâce à cet alphabet spécial, les chimistes peuvent écrire le langage de la matière. Avec seulement quelques lettres, ils décrivent des millions de molécules, comme l’eau (H₂O) ou le sel (NaCl). Un vrai code secret… mais scientifique !

   BIG DATA

10 millions °C

c’est la température au cœur d’une étoile.

20 milliards de tonnes

c’est la quantité d’or dans notre système solaire.

0.1 à 0.5 nanomètre

c’est la taille moyenne d’un atome. C’est comme si tu divisais 1 mètre par 10 milliards. 

 
Ce que les atomes ont dans le ventre !

Si on pouvait zoomer sur l’intérieur d’un atome, on découvrirait un minuscule noyau, bien caché au centre. Ce noyau contient des protons (chargés positivement) et des neutrons (sans charge, donc neutres). Ce sont eux qui donnent du poids à l’atome: plus un élément a de protons et de neutrons, plus il est «lourd».

Autour du noyau, on trouve des électrons, minuscules et chargés négativement. Mais attention, ils ne tournent pas n’importe où: ils suivent des trajectoires bien précises, un peu comme des voitures de course sur des circuits invisibles. En science, on appelle ça des couches électroniques. Mais pourquoi les électrons ne s’envolent-ils pas ? Parce que les opposés s’attirent ! La charge positive des protons attire la charge négative des électrons, un peu comme un aimant, ce qui maintient l’atome «compact».

Et maintenant, un petit secret de chimiste: chaque atome a un nombre atomique, qui correspond au nombre de protons contenus dans son noyau. L’hydrogène, qui n’a qu’un seul proton, porte le numéro 1. Le fer, lui, en possède 26, donc son numéro est 26. Grâce à ces nombres, on peut classer tous les éléments… c’est là que le tableau périodique entre en jeu !
 
 

   Le truc de ouf !

L’OR DES BIJOUX VIENT DES ÉTOILES !

Les premiers atomes de l’univers sont apparus après le Big Bang, il y a 13,7 milliards d’années. En 20 minutes, les conditions extrêmes de températures ont permis la formation des 2 plus petits éléments: l’hydrogène (75%) et l’hélium (25%). Ce phénomène s’appelle la nucléosynthèse. Il a ensuite fallu attendre 100 millions d’années pour que les premières étoiles naissent et commencent à produire des atomes plus lourds comme le carbone et l’oxygène. Plus tard, dans des étoiles géantes, d’autres éléments comme le fer et le silicium se sont formés. Plus lourds encore, l’or, le plomb ou le platine, sont fabriqués par les supernovas. Ces explosions d’étoiles en fin de vie produisent les métaux les plus rares de l’univers. Ces atomes ont voyagé des milliards d’années dans l’espace avant d’arriver sur Terre, il y a 4,55 milliards d’années. Notre planète est née d’un nuage de gaz et de poussières – composé à 98% d’hydrogène et d’hélium, et à 2% de fer, silicium, carbone, oxygène… – avant d’être bombardée par des météorites qui l’ont enrichie en métaux précieux pendant ses premiers millions d’années. On estime que 20 milliards de tonnes de matériaux extraterrestres sont ainsi tombées sur notre planète. Tu sais d’où vient l’or de tes bijoux maintenant !

 
Le grand classement des éléments

Nous voici donc avec une immense collection de 118 éléments ! Comment s’y retrouver ? Heureusement, un chimiste russe du nom de Dmitri Mendeleïev a eu une idée géniale il y a plus de 150 ans: ranger les éléments dans un tableau, qu’on appelle tableau périodique des éléments. Les atomes y sont classés par nombre atomique (nombre de protons dans le noyau). Il commence par l’hydrogène (H) avec 1 proton, puis l’hélium (He) avec 2 protons, le lithium (Li) avec 3, et ainsi de suite. Mais Mendeleïev ne s’est pas arrêté là. Il a remarqué que certains éléments avaient des propriétés similaires. Alors, il a aussi organisé son tableau en colonnes (verticales, appelées groupes) et des lignes (horizontales, appelées périodes). Les éléments d’une même colonne ont des propriétés similaires !

À cette époque, en 1869, on ne connaissait que 63 éléments, mais Mendeleïev, prévoyant, avait laissé des cases vides dans son tableau, prédisant que des éléments inconnus viendraient un jour les remplir. Et il avait raison ! Au fil des années, les scientifiques ont découvert de nouveaux éléments qui correspondaient exactement aux prédictions de Mendeleïev. Son tableau est si bien pensé qu’on l’utilise encore aujourd’hui !
 
 
 

INFO Science

99% DE TON CORPS VIENT DE SEULEMENT 6 ÉLÉMENTS

On pourrait croire que le corps humain est un mélange hyper compliqué de molécules et d’ingrédients secrets… mais en réalité, presque tout ce qui te compose tient en seulement 6 éléments !

Le champion toutes catégories, c’est l’oxygène (O), qui représente 65% de ta masse corporelle. Normal, ton corps contient beaucoup d’eau (H₂O), composée d’hydrogène et d’oxygène. Ensuite vient le carbone (18,5%), la star des molécules vivantes: c’est lui qui entre dans la composition des protéines et des cellules ! Puis, il y a l’hydrogène (10%), ultraléger mais indispensable, et l’azote (3%), qui compose ton ADN et les protéines. Et les os ? Merci le calcium (1,5%) et le phosphore (1%) qui renforcent ton squelette et tes dents. Tous les autres éléments réunis (fer, sodium, potassium, zinc, cuivre…) tiennent dans le 1% restant de ton corps ! Ils sont présents en mini-quantités, mais restent essentiels: sans fer, ton sang ne pourrait pas transporter l’oxygène, et sans sodium, tes muscles n’arriveraient même pas à bouger ! Comme quoi, même une pincée d’éléments peut faire toute la différence. 

Le selfie du jour

DMITRI MENDELEÏEV : L’HOMME QUI A DOMPTÉ LES ÉLÉMENTS !

Avec ses cheveux longs et ses idées révolutionnaires, ce n’était pas un chimiste comme les autres. Né en 1834 en Sibérie, il est le dernier d’une fratrie de… 17 enfants ! Son père étant devenu aveugle, sa mère reprend une usine de verre pour nourrir la famille avant de tout perdre dans un incendie. Mais elle croit en son fils et l’emmène à Saint-Pétersbourg pour qu’il étudie la chimie. Pari réussi: Mendeleïev devient professeur et veut mettre de l’ordre dans la chimie ! En 1869, il découvre une règle magique: si on classe les éléments par nombre atomique, leurs propriétés se répètent. C’est là que naît son tableau périodique… Mendeleïev n’était pas qu’un chimiste de génie: il parlait aussi 7 langues, s’intéressait entre autres à la météo, au pétrole, aux gaz… Son travail a tellement marqué la science qu’un élément porte aujourd’hui son nom: le mendélévium (Md) !

LE P’TIT DICO

ATOME :
La plus petite brique qui compose tout ce qui existe

MOLÉCULE :
Plusieurs atomes liés ensemble pour former une nouvelle substance. 

ELECTRON, PROTON, NEUTRON :
les 3 composants des atomes

NOMBRE ATOMIQUE :
Nombre de protons contenus dans le noyau de l’atome

 
DÉCRYPTER LE TABLEAU PÉRIODIQUE
COMME UN·E VRAI·E CHIMISTE

Regarder le tableau périodique, c’est un peu comme lire une carte secrète… à condition de savoir décrypter les cases ! Chaque case représente un élément chimique et contient 3 informations essentielles:

  1. Le nombre atomique → Il correspond au nombre de protons dans le noyau de l’atome.
    Par exemple, l’aluminium (Al) a 13 protons, donc son nombre atomique est 13.
  2. Le symbole chimique → C’est l’abréviation de l’élément.
    Exemples: C pour le carbone, O pour l’oxygène, Na pour le sodium.
  3. La masse atomique → C’est le poids de l’atome, qui dépend du nombre de protons et neutrons qu’il contient.

Le Calcium et ses informations essentielles.

L’azote (N), le phosphore (P) et l’arsenic (As)  sont tous dans le groupe 5, car ils ont 5 électrons sur leur dernière couche.

Mais ce n’est pas tout ! Le tableau est organisé en lignes et en colonnes, et ce n’est pas un hasard:

  • · Les lignes (= périodes) montrent combien de couches d’électrons possèdent un élément. Par exemple, l’hydrogène (H) n’a qu’une seule couche, il est donc en période 1. Le sodium (Na) a 3 couches, il est en période 3.
  • · Les colonnes ( = groupes) indiquent le nombre d’électrons présents sur la dernière couche. Par exemple, l’azote (N), le phosphore (P) et l’arsenic (As) sont tous dans le groupe 5, car ils ont 5 électrons sur leur dernière couche (voir illustration ci-dessus).
  • Grâce à ce classement malin, on peut deviner les propriétés des éléments, même sans les connaître ! Malin, non ?  

MÉTAUX VS NON-MÉTAUX:
QUI DOMINE LE TABLEAU ?

Voici quelques exemples:

  • · Le lithium (Li): le plus léger des métaux, dans les batteries, mais aussi dans certains champignons.
  • · Le sodium (Na): dans le sel, mais pur, il est mou comme du chewing-gum et inflammable !
  • · Le potassium (K): dans les bananes, essentiel pour tes muscles et les plantes.
  • · Le magnésium (Mg): fait briller les feux d’artifice.
  • · Le calcium (Ca): dans les coquillages, tes os et tes dents !
  • · Le cuivre (Cu), le fer (Fe) et le titane (Ti), sont partout: fils électriques, immeubles, rollers, prothèses médicales !

Les non-métaux, eux, sont isolants, souvent gazeux ou cassants:

  • · L’oxygène (O): pour respirer.
  • · Le soufre (S): jaune, il sent l’œuf pourri !
  • ·         Le chlore (Cl): désinfecte l’eau.

Alors, qui gagne ? Les métaux sont partout et bien plus nombreux, mais sans non-métaux, pas de vie ! 

 
Ton p’tit LABO

Une expérience à faire avec Curiokids: «   L’illusion de l’œuf d’argent»

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