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Le tableau des éléments :

À la découverte des briques secrètes de l’univers ! (2e partie)

Laetitia MESPOUILLE • info@curiokids.net

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Tu as aimé découvrir le tableau des éléments dans notre premier dossier ? Alors prépare-toi à aller encore plus loin ! Dans cette nouvelle exploration, on te révèle des secrets passionnants: comment les atomes se comportent selon leur place dans le tableau, pourquoi certains se combinent… et même comment les scientifiques créent de nouveaux éléments en laboratoire ! Tu verras aussi quels atomes se cachent dans ton corps ou dans ton téléphone portable. Et si tu as loupé la première partie, pas de panique: file la lire avant de poursuivre cette aventure atomique !

L’atome: 99,9999% de rien

L’atome, aussi petit soit-il, est surtout… vide ! Et pas un petit peu: imagine que l’atome soit à l’échelle d’un stade de football. Place une bille au centre du terrain, c’est le noyau, composé des protons et des neutrons. Les électrons ? Ils circulent au niveau des tribunes. Entre les 2: du vide, encore du vide. Presque 99,9999% de l’atome ne contient rien de matériel ! Et pourtant, les objets autour de toi ne s’effondrent pas ni ne fusionnent comme par magie. Pourquoi ? Parce qu’il existe des forces très puissantes qui contrôlent ce petit monde. Le noyau est chargé positivement, et comme tu le sais peut-être, les charges de même signe se repoussent. On parle de forces coulombiennes. Pour qu’ils fusionnent, il faudrait les projeter l’un contre l’autre à une vitesse folle, en employant une bombe thermo-nucléaire par exemple. Ou atteindre des températures aussi élevées que dans le cœur des étoiles, où règnent des millions de degrés et une pression titanesque. Sur Terre, dans des conditions normales, cette barrière est infranchissable.

Le calcium: l’architecte secret de ton squelette

Chaque fois que tu sautes, cours ou tapes dans un ballon, tu fais confiance à un allié discret mais ultra puissant: le calcium. C’est le métal le plus abondant du corps humain et l’un des composants les plus importants à ta charpente naturelle. Car on le trouve surtout dans les os et les dents, sous forme de cristaux solides appelés phosphates de calcium. Ce sont eux qui donnent aux os leur solidité. Mais ce n’est pas tout ! Le calcium circule aussi dans ton sang: il aide tes muscles à se contracter, ton cœur à battre, et même tes nerfs à transmettre des messages. Tu as donc besoin d’en consommer chaque jour avec une bonne alimentation. Produits laitiers et légumes verts. Mange de manière équilibrée et ton corps te dira merci !

Le truc de ouf !

L’OR, L’ÉLÉMENT PRÉFÉRÉ DES SCIENTIFIQUES

L’or, ce n’est pas juste pour les bijoux ! Ce métal rare a des superpouvoirs scientifiques qui le rend indispensable dans des domaines surprenants.

• Dans l’espace: il protège les astronautes des rayons du Soleil et aide à refroidir les satellites.

• Dans les technologies: il est dans les smartphones et ordinateurs car il conduit l’électricité sans rouiller. Une tonne de téléphones recyclés contient 50 000 € d’or !

• En médecine: il est utilisé dans les pacemakers et implants dentaires, et même pour détecter les cellules cancéreuses.

• Pour l’environnement: il sert à dépolluer l’eau et réduit les émissions de CO₂ dans certains pots d’échappement.

• Dans la cuisine: Oui, il est comestible et décore certains chocolats, gâteaux et pizzas de luxe !

Des satellites aux téléphones, de la médecine à l’écologie, l’or est bien plus qu’un simple métal précieux. Il permet les progressions technologiques !

Lithium et Silicium: les 2 indispensables de ta vie connectée

Si tu lis ceci sur un écran, tu peux remercier 2 éléments qui bossent dur en coulisses: le lithium et le silicium. Le premier, le lithium Li, est le plus léger des métaux, et presque aussi mou que du beurre. Il est la star des batteries rechargeables, celles des smartphones, tablettes, ordinateurs et voitures électriques. Pourquoi lui ? Parce qu’il est le meilleur pour faire des batteries compactes, légères et rapide à recharger !

Le second, le silicium Si, est tout aussi génial. C’est le cœur des puces électroniques. Dans les ordinateurs, les téléphones ou les consoles de jeux, ce semi-conducteur contrôle le passage des électrons comme un chef d’orchestre. Très abondant dans la croute terrestre, on le trouve dans le sable, mais transformé avec précision, il devient un élément indispensable dans les technologies connectées. Sans silicium, pas d’ordinateurs… et sans lithium, pas de batterie pour les allumer!

ACTU science:

ET SI LE VIBRANIUM EXISTAIT ?

Dans Black Panther, le vibranium est un métal incroyable: incassable, ultraléger, conducteur d’énergie et même capable d’absorber les chocs. Le bouclier de Captain America est d’ailleurs fait en vibranium. Mais s’il existait pour de vrai, où le mettrait-on dans le tableau périodique des éléments ?

Le vibranium semble tout droit sorti d’un rêve de scientifique. Il combine des propriétés étonnantes qu’on retrouve chez plusieurs vrais éléments:

• Titane (Ti): super résistant mais léger, parfait pour les avions.

• Néodyme (Nd): présent dans les aimants ultra-puissants des ordinateurs.

• Platine (Pt): un métal précieux utilisé en médecine.

Mais où le ranger dans le tableau périodique des éléments ? Les chercheurs ont réfléchi à cette question pensant qu’il pourrait appartenir au bloc D ou F du tableau périodique, là où se trouvent les métaux utilisés en haute technologie.

Et un détail intrigue: dans le film, le vibranium semble réagir aux ondes électromagnétiques, comme s’il était radioactif. Cela le rapprocherait d’éléments comme l’uranium (U), utilisé pour produire de l’énergie. Certains imaginent même une nouvelle ligne du tableau périodique, juste sous l’uranium, où le vibranium aurait sa place.

Pourrait-on en fabriquer un jour ? On en est encore loin, mais des scientifiques de l’Université du Texas ont mis au point un alliage métallique ultrarésistant à base de cobalt, chrome, fer, manganèse et silicium 4 fois plus solide que l’acier inoxydable ! Ce n’est pas du vibranium… mais qui sait ? Peut-être qu’un jour, un matériau aux propriétés incroyables prendra sa place dans le tableau périodique !

À la poursuite de l’atome ultime !

Même après avoir rempli presque toutes les cases du tableau périodique, les scientifiques ne s’arrêtent pas là. Non, ils continuent la quête… vers les éléments inconnus! Pourquoi ? Parce qu’au-delà de l’élément 118 (l’oganesson), il pourrait exister des éléments encore plus lourds, plus exotiques, aux propriétés totalement nouvelles. Cette chasse porte un nom mystérieux: l’île de stabilité. Les chercheurs pensent qu’en combinant un certain nombre de protons et neutrons, ils pourraient créer un atome plus stable, qui ne se désintègre pas tout de suite. Imagine un super-élément qui durerait plusieurs minutes, voire plus… Ce serait une révolution pour la science, et peut-être même pour la technologie. Chaque nouvel élément synthétisé est une première mondiale. Cette course est menée par quelques labos dans le monde: aux États-Unis, en Russie, au Japon… et chaque nouvel atome porte souvent le nom d’un lieu ou d’un scientifique célèbre. Un jour, qui sait ? Peut-être qu’un élément portera ton nom.

Le selfie du jour

LES ATOMES QUE LA NATURE N’A JAMAIS INVENTÉS

Certains éléments du tableau périodique n’existent pas dans la nature. Ils n’existent nulle part sur Terre ! Ce sont des éléments créés par des scientifiques, dans des laboratoires très spéciaux. Pour les produire, on fusionne 2 noyaux d’atomes, un léger et un lourd, à très grande vitesse, grâce à un accélérateur de particules. Quand ces atomes entrent en collision, un nouveau noyau est formé… donnant naissance à un nouvel élément ! Ces éléments artificiels sont très instables: ils vivent souvent moins d’une seconde. Parmi eux, on trouve le nihonium (Nh), le flerovium (Fl), le livermorium (Lv), ou encore le tennessine (Ts). Le champion de tous ? C’est l’oganesson (Og), l’élément 118, le plus lourd jamais créé par l’humain. Pourquoi les créer ? Pour mieux comprendre les limites de la matière… et peut-être un jour découvrir un élément stable et inconnu, aux propriétés incroyables !

Photo : Molécule d’Oganesson (Image générée par l’IA)

Le tableau périodique, metteur en scène des réactions chimiques

Dans le grand théâtre de la chimie, les atomes jouent des rôles bien précis. On parle de réactivité. Selon leur place dans le tableau périodique tu peux comprendre comment des liaisons chimiques se forment ! Ce tableau n’est pas un simple affichage: c’est un outil pertinent pour prédire et comprendre les réactions chimiques. Les éléments de la même colonne partagent souvent des comportements similaires. Les alcalins, par exemple, se débarrassent facilement d’un électron et deviennent un ion chargé positivement. À l’opposé, les halogènes cherchent à capturer l’électron d’un voisin pour se stabiliser. Et les gaz nobles ? Ils sont plutôt inertes. En connaissant la position d’un élément, on peut anticiper sa réactivité: va-t-il donner ou recevoir des électrons ? S’associer avec qui ? Le tableau délivre donc les clefs pour lire et écrire les équations chimiques.

LE SAVAIS-TU ?

LES GAZ NOBLES

Il y a par exemple des atomes qui s’assemblent spontanément pour former des molécules… et puis il y a les gaz nobles, des atomes solitaires, qui n’ont pas besoin de tisser des liens avec un autre !

Ces gaz nobles sont très stables et ne réagissent presque jamais. Contrairement aux autres atomes, leur dernière couche d’électrons est déjà complète: 8 électrons bien rangés (sauf l’hélium, qui n’en a que 2). Cette couche étant complète, l’atome est stable. Tous ces gaz sont incolores et présents sous forme gazeuse à température ambiante. Voici quelques exemples:

– L’hélium (He): 2e élément le plus présent dans l’univers, mais rare sur Terre. Il a été découvert grâce à une éclipse solaire en 1868. Son nom vient du Soleil (Helios). Il fait voler les ballons, est utilisé pour les scanners médicaux.

– Le néon (Ne): invisible dans l’air, il s’illumine en rouge orange quand on lui envoie de l’électricité. C’est lui qui donne leur couleur aux enseignes lumineuses des magasins.

– Le krypton (Kr): rien à voir avec Superman ! Ce gaz émet une lumière blanche très intense sous haute tension. Il était utilisé dans les flashes d’appareils photo avant l’arrivée des LEDs, sinon, dans les globes plasma.

Ces gaz sont rares, discrets, mais indispensables dans la science et l’industrie. On ne pourrait pas s’en passer.

LE FER : UN ÉLÉMENT QUI COULE DANS NOS VEINES ET COLORE LE MONDE !

Le fer (Fe) est partout, du sang humain aux paysages spectaculaires du Far West ! Dans ton sang, il est l’ingrédient clé de l’hémoglobine, une protéine qui transporte l’oxygène dans ton corps. C’est le fer qui donne cette couleur rouge à ton sang. Sans lui, tes cellules manqueraient d’air !

Sa présence dans la nature contribue à la formation de paysages spectaculaires, grâce aux nombreuses nuances de rouges qu’il apporte. Comme le Grand Canyon, par exemple. Pour être plus précis, nous avons affaire à une molécule d’hématite. Celle-ci combine le fer et l’oxygène. C’est cette même molécule qui compose la poussière à la surface de la planète Mars, rebaptisée, la planète rouge !

Autre exemple, tu as certainement déjà vu des clous abandonnés tout l’hiver à l’extérieur. Dans ces conditions, il perd sa belle couleur argentée, pour virer vers une couleur brunâtre. Voilà la rouille !

On parle d’oxydation du fer au contact de l’air et de l’humidité, passant du métallique au rouge-orangé.

Le fer rouille très vite, c’est pour cela qu’on le mélange avec du nickel ou du titane pour le rendre plus résistant.

Mais il existe aussi une forme oxydée du fer qui donne une couleur jaune. Cette molécule-là est surtout employée comme pigment pour faire de la peinture.

Comme tu le vois, le fer est indispensable à la vie et à notre planète… et il change d’apparence selon son environnement. Un vrai caméléon de la chimie !

LE P’TIT DICO

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

ELECTRON, PROTON, NEUTRON: les 3 composants des atomes

FORCES COULOMBIENNES : la loi de Coulomb exprime la force de l’interaction électrique entre 2 particules chargées électriquement

SEMI-CONDUCTEUR : se dit d’un corps non métallique qui conduit imparfaitement l’électricité, et dont la résistivité décroît lorsque la température augmente

ALCALIN : un métal alcalin est un élément chimique de la première colonne (1^er groupe) du tableau périodique, à l’exception de l’hydrogène.

HALOGÈNES : éléments chimiques d’un sous-groupe de la classification périodique: le fluor (F), le chlore (Cl), le brome (Br), l’iode (I) et l’astate (At).

UNE QUESTION D’ENVIRONNEMENT

Les pierres
précieuses nous émerveillent par leurs couleurs éclatantes, mais savais-tu que
ces couleurs viennent directement des éléments du tableau périodique ? Si
une pierre est rouge comme un rubis, bleue comme un saphir ou verte comme une
émeraude, c’est pour une bonne raison !

1) LE DIAMANT: L’EXCEPTION TRANSPARENTE

Le diamant est composé uniquement de carbone (C). Pur, il est transparent. Mais parfois, un atome étranger s’invite: un peu d’azote (N) lui donne une teinte jaune, et du bore (B) peut le rendre bleu.

2) LE RUBIS: ROUGE GRÂCE AU CHROME

Le rubis est une version colorée du corindon (Al₂O₃), un cristal d’aluminium (Al) et d’oxygène (O). Le corindon est aussi transparent que le diamant. Mais lorsqu’un quelques atomes de chrome (Cr) remplacent les atomes d’aluminium, la pierre absorbe le vert et le bleu et renvoie du rouge. Résultat: un magnifique rubis flamboyant !

1) En général, le diamant est transparent mais parfois, un atome étranger s’invite et lui donne une coloration !

2) Le rubis est une version colorée du corindon.

3) LE SAPHIR: BLEU GRÂCE AU FER ET AU TITANE

Le saphir vient du même minéral que le rubis (corindon), mais cette fois, ce sont des atomes de fer (Fe) et de titane (Ti) qui s’y glissent. Ils absorbent la lumière différemment, laissant le bleu dominer.

4) L’ÉMERAUDE: VERTE GRÂCE AU CHROME (ENCORE LUI !)

L’émeraude est composée de béryl (Be₃Al₂Si₆O₁₈), un mot compliqué hein ! Comme pour le rubis, du chrome (Cr) s’infiltre et modifie la lumière absorbée. Mais ici, la structure du cristal est différente, laissant apparaître du vert au lieu du rouge. Un seul élément, et tout change !

Ce qui est fascinant, c’est que le même élément (le chrome) peut donner des couleurs totalement opposées selon la structure du cristal qui l’entoure. Comme quoi, en chimie, tout est une question d’environnement !

3) Les atomes de fer (Fe) et de titane (Ti) se glissent au travers du saphir: ils absorbent la
lumière différemment, laissant le bleu dominer.

4) L’émeraude: comme pour le rubis, du chrome (Cr) s’infiltre et modifie la lumière absorbée, la faisant paraitre verte.

Ton p’tit LABO

Une expérience à faire avec Curiokids: « Un dessin qui prend vie !»