La structure de la matière

Par LAURENT ODIEVRE, publié le lundi 12 septembre 2016 01:20 - Mis à jour le vendredi 25 septembre 2020 23:20
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L'univers expliqué à mes petits-enfants

 

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L'Univers expliqué à mes petits-enfants

 

Hubert Reeves, astrophysicien canadien, échange avec sa petite-fille, âgée de 14 ans, sur l'histoire de l'Univers. Voici un extrait du chapitre "Les échelons de la nature" dans lequel il compare la structure de la matière à celle des phrases et des mots.

 

- Alors, grand-papa, vas-tu m'expliquer ce que veut dire « la nature est structurée comme une écriture » ?

- Je vais te donner des exemples.

Commençons par une substance qui nous est familière et précieuse : l'eau de nos robinets. C'est une molécule composée d'un atome d'oxygène et de deux atomes d'hydrogène. L'eau a des propriétés que n'ont nullement les atomes qui l'ont formée. L'oxygène nous le respirons dans l'air. L'hydrogène nous en gonflons nos ballons. Mais l'eau est différente : nous la buvons. L'eau est comme un mot composé de ces atomes qui sont comme des lettres. Voilà un bon exemple de la ressemblance avec l'écriture. Des éléments simples sont associés pour obtenir de nouvelles substances avec des propriétés émergentes.

Un autre exemple : l'azote est un constituant de notre atmosphère utilisé à l'état liquide par les entreprises de froid artificiel. Assemblons un azote avec trois hydrogènes. Nous obtenons de l'ammoniac, une substance plutôt désagréable à respirer (ça sent l'urine de chat). […]

Encore un exemple : associons deux atomes de carbone avec six atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène. Nous obtenons l'alcool de nos boissons. [...]

Et je t'en donne un dernier. Le sel de table est composé de deux atomes : le chlore et le sodium. Le chlore est une substance corrosive que l'on retrouve, entre autres, dans l'eau de Javel. Le sodium est un métal. Associés, ces deux atomes forment le sel de table (la molécule de chlorure de sodium) que nous ajoutons à notre nourriture pour en rehausser le goût. Toutes ces découvertes nous viennent des chimistes du XVIIIe et XIXe siècles, comme Lavoisier, Priestley et Dalton.

Nous allons maintenant construire une échelle de la nature analogue à l'échelle des alphabets.

 

- Je suppose que les atomes vont en constituer l'échelon de base comme les lettres pour l'alphabet, et les molécules seront les mots.

- Tu es sur la bonne piste. Cette idée nous vient des philosophes grecs de l'Antiquité. En particulier, Démocrite et Lucrèce. Ils se représentaient les atomes comme de petites billes incassables d'où leur nom "atome" qui veut justement dire en grec "incassable". Par des associations diverses, ces atomes constituaient, selon eux, toutes les substances de la nature. Au début du XXe siècle, les physiciens ont bâti des accélérateurs de particules, des sortes de scalpels, avec lesquels ils ont pu étudier les atomes. Ils ont découvert alors que, loin d'être incassables, ce sont des objets complexes avec une structure interne. Au centre, il y a un noyau massif composé de protons et de neutrons. Autour de lui il y a des électrons en orbite. C'est en particulier à Ernest Rutherford que nous devons cette découverte.

 

- Cela me fait penser au système solaire avec le Soleil au centre et les planètes autour.

- Cela y ressemble en effet, mais il y a aussi de grandes différences. Rappelle toi, il faut toujours être prudent avec les comparaisons. Ces atomes sont, pour la nature, une occasion de jouer à nouveau aux alphabets. Leurs noyaux sont des mots dont les protons sont les lettres. Un noyau contenant sept protons est un noyau d'azote. Huit protons, c'est de l'oxygène. Vingt-six, du fer. Quatre-vingt-deux, du plomb. À chaque nombre de protons correspond un atome de la nature. Il y en a une centaine. L'atome le plus léger, l'hydrogène, ne contient qu'un seul proton. Le second est l'hélium avec deux protons. Ce sont les plus vieux atomes, les premiers à se former dans l'Univers, pratiquement dans le Big-Bang. Ce sont les restes du brasier des premières secondes du cosmos. Les autres atomes, carbone, oxygène, fer, or, etc., jusqu'au plus lourd, l'uranium qui contient 92 protons, se forment dans les étoiles.

 

Réponds aux questions en notant les réponses sur ton cahier.

 

 

Questions

1.Rappelle le lien qui existe entre un atome et une molécule.

2.Quelle est la composition d’une molécule d’eau ? Si tu t’en rappelles, note la formule de la molécule d’eau.

3.Quelles sont les deux parties qui composent un atome ?

 

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