Question bête sur les éléments

[rooney]

Bonjour
tout le monde ne peut que constater la présence des élémens de bases: depuis l'hydrogène juqu'au Lawrencium.
L'un possède 1 electron, tandis que l'autre le nombre max d'électrons :103.
c'est clair qu'à chaque fois qu'il y a 1 électron en plus (avec les protons et neutrons qui vont avec), on a à faire avec l'élément suivant dans la liste...

sachant que tout ce qui existe s'attire l'un vers l'autre, j'en déduis que si
un atome d'hélium (2 electrons) passe près d'un atome d'hydrogène (1 électron), ils s'amalgameront et formeront obligatoirement un atome de Lithium (3 électrons) (...les protons et neutrons s'etant rassemblés en 1 seul noyau).

or on sait que ce ne se passe pas du tout ainsi,et que l'hélium restera toujours de l'hélium et l'hydrogène de l'hydrogène....même si en d'autres circonstances ils s'allient pour former des mollécules.

Donc, LA question bête est POURQUOI les éléments, dans leur ensemble, sont-ils si stables, et ne passent pas dans la forme d'un autre élément?

...je n'ai peut -être pas bien formulé ma qestion..

Si oui, merci de me dire sur la base de quelle loi phiyqique, les éléments gardent leur intégrité.

Cordialement
Rooney
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[Gilgamesh]

Bonjour
tout le monde ne peut que constater la présence des élémens de bases: depuis l'hydrogène juqu'au Lawrencium.
L'un possède 1 electron, tandis que l'autre le nombre max d'électrons :103.
c'est clair qu'à chaque fois qu'il y a 1 électron en plus (avec les protons et neutrons qui vont avec), on a à faire avec l'élément suivant dans la liste...

sachant que tout ce qui existe s'attire l'un vers l'autre, j'en déduis que si
un atome d'hélium (2 electrons) passe près d'un atome d'hydrogène (1 électron), ils s'amalgameront et formeront obligatoirement un atome de Lithium (3 électrons) (...les protons et neutrons s'etant rassemblés en 1 seul noyau).

or on sait que ce ne se passe pas du tout ainsi,et que l'hélium restera toujours de l'hélium et l'hydrogène de l'hydrogène....même si en d'autres circonstances ils s'allient pour former des mollécules.

Donc, LA question bête est POURQUOI les éléments, dans leur ensemble, sont-ils si stables, et ne passent pas dans la forme d'un autre élément?

...je n'ai peut -être pas bien formulé ma qestion..

Si oui, merci de me dire sur la base de quelle loi phiyqique, les éléments gardent leur intégrité.

Cordialement
Rooney

Les noyaux étant formé de protons, de charge positive, ils se repoussent : c'est la barrière coulombienne. Pour franchir cette barrière et amener les noyaux assez proche les uns des autres pour qu'ils fusionnent (cad à portée de l'interaction forte) il faut franchir une barrière d'énergie de qq dizaine à qq centaine de keV, soit des température de plus de 100 MK.

a+

[Deedee81]

Bonjour rooney,

Donc, LA question bête est POURQUOI les éléments, dans leur ensemble, sont-ils si stables, et ne passent pas dans la forme d'un autre élément?

Car :

sachant que tout ce qui existe s'attire l'un vers l'autre,

ceci est faux.

Les particules (ou objets) peuvent s'attirer ou se repousser.
En particulier, les objets ayant une charge électrique de même signe se repoussent. Et, important aussi, la force nucléaire est à très courte portée (à peu près de l'ordre de la taille du noyau).

Donc, les noyaux (chargés positivement) se repoussent (et d'autant plus fort qu'ils sont près). Pour que la force nucléaire prenne le relais (en attirant très fortement les protons et neutrons) il faut vaincre cette répulsion.... ce qui ne se fait pas si facilement (la fusion thermonucléaire nécessite des températures de l'ordre du million de degrés) !

Après, il y a des tas d'autres choses qui entrent en jeu, par exemple, il faut faire appel à la physique quantique pour expliquer pourquoi les électrons chargés négativement ne '"tombent" pas sur le noyau, le neutron est instable, il peut y avoir des énergies d'échange (liaisons chimiques), il y a le principe d'exclusion de Pauli,... Bref, c'est vaste et complexe.

[rooney]

Bonjour
Merci de ces eclaircissements.
Si je comprends:
les protons sont de signe + ... ils se repoussent les uns les autres, mais ils ne peuvent pas s'échapper du noyaux parce que les neutrons les retiennent ????

les électrons ne "tombent" pas sur les noyaux parce que c'est un mystère.

d'une manère gnérale, de nouveau protons ne peuvent pas intégrer le noyau d'un atome parce les protons de ces noyaux les repoussent...
...de toute façon, s'ils étaient arrivés à entrer, faudrait qu'ils soient accompagnés de neutrons, sinon pas d'équilibre.

j'ai bien compris ?

Cordialement
Rooney

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Si je comprends:
les protons sont de signe + ... ils se repoussent les uns les autres, mais ils ne peuvent pas s'échapper du noyaux parce que les neutrons les retiennent ????

Oui, et les protons s'attirent aussi entre-eux aussi (la force nucléaire agit aussi bien sur les protons que les neutrons). Mais ce n'est que très très près que cette force est plus grande que la répulsion électrostatique.
L'équilibre du noyau résulte d'un équilibre complexe entre force nucléaire, force électrostatique et stabilité du neutron (et la physique quantique a son mot à dire, le noyau est d'une extrême complexité).

les électrons ne "tombent" pas sur les noyaux parce que c'est un mystère.

C'est lié aux lois de la physique quantique.
Mais c'est vrai que leur compréhension est difficile. Parfois mystérieuses.
Expliquer pourrait nous entraîner loin, très loin,.... Alors, pour faire (très) simple : en physique quantique, la position des particules est imprécise. Plus on "essaie" de rendre la position précise, et plus la particule est "bousculée" (elle acquiert une grande vitesse). Donc, si l'électron était localisé trop près du noyau, il aurait une grande vitesse et s'échapparait ! Il n'a une position stable qu'à une certaine distance (stabilisée par l'attraction électrostatique).

Cette distance de stabilité (plus exactement, cela est lié au principe d'incertitude) dépend de la masse. Les électrons étant 1000 fois plus légers que les protons, le noyau est petit et compact et les électrons situés nettement plus loin.

Bon, j'ai fait hyper simple, mais c'est déjà ça

Bonjour
d'une manère gnérale, de nouveau protons ne peuvent pas intégrer le noyau d'un atome parce les protons de ces noyaux les repoussent...
...de toute façon, s'ils étaient arrivés à entrer, faudrait qu'ils soient accompagnés de neutrons, sinon pas d'équilibre.

D'une manière générale, il y a "un peu" de marge de stabilité.
Par exemple :
1 proton, c'est stable (hydrogène)
1 neutron libre : instable
1 proton + 1 neutron, c'est stable (deutérium)
2 protons + 1 neutron, c'est stable (hélium 3)
1 proton + 2 neutrons c'est instable (tritium, radioactif, le neutron se désintègre en un proton plus émission de rayonnement bêta).
2 protons + 2 neutrons stable (hélium 4)
3 protons + 1 neutron ou
1 proton + 3 neutrons, c'est tellemement instable que le noyau ne se forme même pas.

Regarde :
http://ipnweb.in2p3.fr/~structure/z-.../chart_med.jpg

[rooney]

Juste une question ....bête (encore une)
si les electrons trouvent une trajectoire stable à une certaine distance du noyau, peut on parler de foce centrifuge ?
si oui, qu'arrive t il si les electons ne bougent pas?
car je me suis lasissé dire que lorsque l'électon ne bouge plus, c'est que la température de l'atome est au plus bas...
...comme mes connaissances en physique, en quelque sorte

Cordialement
Rooney

[philou21]

J qu'arrive t il si les électrons ne bougent pas?

Bonjour,

c'est simple : ça n'arrive pas !

Il n'y a pas d'équilibre statique possible pour les électrons qui "tournent" autour du noyau.

(c'est d'ailleurs pareil pour les satellites...)

[rooney]

"
Il n'y a pas d'équilibre statique possible pour les électrons qui "tournent" autour du noyau."

B'hein alors....
On m'aurait menti à l'insue de mon plein gré?

"la température la plu basse d'un atome, c'est quand les électrons ne tournent plus autour du noyau"

si c'est pas ça, -273°F, la plus basse, c'est quoi alors?

Rooney

[philou21]

B'hein alors....
On m'aurait menti à l'insue de mon plein gré?

Ben oui...

[Deedee81]

"
Il n'y a pas d'équilibre statique possible pour les électrons qui "tournent" autour du noyau."

Rappelle toi ce que je disais : la position des électrons n'est pas précise en physique quantique. Donc, ils ne sauraient pas être au repos (ni même avoir de trajectoire précise).

Il ne faut surtout pas se représenter un électron comme une petite bille.

"
B'hein alors....
On m'aurait menti à l'insue de mon plein gré?
"la température la plu basse d'un atome, c'est quand les électrons ne tournent plus autour du noyau"
si c'est pas ça, -273°F, la plus basse, c'est quoi alors?

A mon avis, on a juste été trop simplificateur ou imprécis.

-273°C (pas F) ou 0K c'est la situation de plus basse énergie.
Tous les électrons sont dans leurs états de base
(et les molécules dans leur état de base de vibration et rotation).
Mais cet état de base, cet état "minimum", ce n'est pas le repos.

[saila]

sachant que tout ce qui existe s'attire l'un vers l'autre

ceci est faux.

pas tout à fait , prou compléter : tous ce qui a une masse s'attire . ( Force gravitationnelle )

Mais les force d'interactions électriques (qui peuvent être attractives ou répulsives) sont bien plus fortes .

[philou21]

-273°C (pas F) ou 0K c'est la situation de plus basse énergie.
Tous les électrons sont dans leurs états de base

En règle générale à température ambiante également ....

(Et on peut presque dire la même chose pour les vib moléculaires)

[rooney]

Mes questions sur la temperature la plus basse -273° C (et non pas F,...f course) semblent engendrer des mystère suplémentaires:
ça veut dire quoi : "etat de base, en vibration et rotation " ?
Ils ont une vitesse minimum? laquelle?
un nombre de tour de rotation sur eux-même, minimum? combien?

autre mystère :
les protons se repoussent, mais au-delà d'une certaine distance, ils s'attirent...
on connaît la distance minimale?
et puis, pourquoi ce changement d'attitude?

Cordialement

[Deedee81]

pas tout à fait , prou compléter : tous ce qui a une masse s'attire . ( Force gravitationnelle )

Mais les force d'interactions électriques (qui peuvent être attractives ou répulsives) sont bien plus fortes .

Bonjour saila,

Tu as raison, je me suis dit aussi que la confusion venait peut-être de là. Des expressions comme "attraction universelle" sont peut-être parfois mal interprétées.

[Deedee81]

Mes questions sur la temperature la plus basse -273° C (et non pas F,...f course) semblent engendrer des mystère suplémentaires:
ça veut dire quoi : "etat de base, en vibration et rotation " ?
Ils ont une vitesse minimum? laquelle?
un nombre de tour de rotation sur eux-même, minimum? combien?

Oulàlà, je ne saurais pas vraiment chiffrer ça. Déjà que ça dépend de chaque situation (molécule, état de la matière,...). Quelqu'un ici a plus l'habitude que moi de ce genre de chiffre ?

autre mystère :
les protons se repoussent, mais au-delà d'une certaine distance, ils s'attirent...
on connaît la distance minimale?

Grosso modo un peu plus que la taille d'un proton pour la force nucléaire.
Portée infinie pour la force électrostatique.

Et la forme de l'interaction est complexe :
de loin, les protons se repoussent (charge électrique de même signe),
de plus près l'interaction nucléaire les attire mais pas assez pour compenser la répulsion électrostatique (il faut ajouter des neutrons, qui eux ont la bonne idée de ne pas avoir de charge électrique) et de très près il y a a nouveau répulsion même pour l'interaction. nucléaire

et puis, pourquoi ce changement d'attitude?

Les protons ne sont pas de particules ponctuelles. Ils ont une structure. Ils sont composés de quarks. L'interaction fondamentale est en fait l'interaction forte (en plus de l'interaction électromagnétique) qui a un comportement curieux : elle augmente avec la distance !

Cela explique (grossièrement) le fait qu'un quark ne soit jamais observé libre. Ils s'associent par paires ou triplets pour compenser la "charge forte" (appelée bizarrement "couleur"). Les protons ont trois quarks (deux u et un d si je me souviens bien).

Cela explique aussi qu'à une certaine distance, cette interaction ne se fait plus sentir puisqu'elle se neutralise.

En s'approchant des protons, on commencer à "voir" leur structure et à interagir entre quarks individuels ce qui donne une interaction nucléaire à très courte portée.

De plus près encore, non seulement l'interaction se complexifie mais en plus on est confronté au principe d'exclusion (les quarks sont des fermions, ils ne peuvent être dans le même état quantique donc pour caser ce petit monde au même endroit il faut fournir de l'énergie pour les placer dans des états excités, cela se traduit par une répulsion).

Tu ajoutes tout ça à la force électrostatique dont je parlais ci-dessus et tu as le comportement global, ma fois fort complexe, mais c'est logique : deux interactions, des particules ayant une structure,... y a tout ce qui faut pour compliquer les choses

[Pio2001]

Mes questions sur la temperature la plus basse -273° C (et non pas F,...f course) semblent engendrer des mystère suplémentaires:
ça veut dire quoi : "etat de base, en vibration et rotation " ?
Ils ont une vitesse minimum? laquelle?
un nombre de tour de rotation sur eux-même, minimum? combien?

Bonjour,
Une autre façon de se dire que les électrons n'ont ni position ni trajectoire bien définies, c'est de se rappeler de la dualité onde-particule. Comme toute particule élémentaire, les électrons ne sont à proprement parler ni ondes, ni particules. Mais ils ressemblent parfois à l'un ou à l'autre.

Or quand un électron est lié au noyau d'un atome, il ressemble bien plus à une onde qu'à une particule. Une sorte de coquille d'onde qui entoure le noyau, et dont l'intensité est plus élevée à une certaine distance du noyau que directement sur celui-ci.

C'est en ce sens qu'on peut dire qu'il est "à une certaine distance pas très bien définie" du noyau, et qu'il "ne tourne pas autour".

Lorsque les électrons s'empilent les uns sur les autres autour du noyau, les surfaces représentant la distribution de l'amplitude de leur fonction d'onde (qui représente leur probabilité de présence), prend des formes parfois surprenantes : http://winter.group.shef.ac.uk/orbitron/index.html

Cliquer sur une orbitale atomique à gauche (1s, 4p, 6f etc.) pour avoir une représentation de la répartition de sa fonction d'onde autour du noyau.
La première, 1s, représente un seul électron, dans son état "normal". Son diagramme est une sphère, car la probabilité de le trouver à une certaine distance est la même dans toutes les directions.

autre mystère :
les protons se repoussent, mais au-delà d'une certaine distance, ils s'attirent...
on connaît la distance minimale?
et puis, pourquoi ce changement d'attitude?

En fait, il ne s'agit pas d'un changement d'attitude. La force nucléaire attire les protons entre eux, tandis que la force électrique, simultanément, les repousse.
Comme la force nucléaire est environ 1000 fois plus forte que la force électrique, les protons restent ensemble dans le noyau malgré leur charges électriques qui se repoussent.

Mais la portée de la force nucléaire est limitée. Elle est d'environ 10^-14 mètres, c'est-à-dire un centième de milliardière de millimètre, alors que la portée de la force électrique est infinie.
Lorsque les protons sont à une distance supérieure à 10^-14 mètres les uns des autres, la force nucléaire ne fait plus effet, et seule reste la force électrique, qui devient prépondérante.

[rooney]

Bonjour à tous
un petit contre temps m'a mis en retard pour lire vos réponses, toujours aussi passionnante.
en 2 mots, quelle différence y a t il au sein de l'atome quand un élément est chaud et quand il a atteint les -273°C ?

Rooney

[philou21]

Bonjour à tous
un petit contre temps m'a mis en retard pour lire vos réponses, toujours aussi passionnante.
en 2 mots, quelle différence y a t il au sein de l'atome quand un élément est chaud et quand il a atteint les -273°C ?

Rooney

Pas grande différence, si ce n'est que l'énergie cinétique globale de l'atome est réduite à son minimum.

[rooney]

Bonjour

Pas grande différence, si ce n'est que l'énergie cinétique globale de l'atome est réduite à son minimum.

comment ça "pas grande" la différence ?

un éléments mijotant à 5000°C, a ses constituants (protons, neutrons, electrons, itout) qui se comprtent de la même manière que lorsqu'ils sont à l'état de "base" à -273°C?
c'est cette histoire de "base" qui me préoccupe...
ce serat bien qu'il ne soit pas si flou que ça....on y verrait plus clair

Rooney

[philou21]

Bonjour


comment ça "pas grande" la différence ?

un éléments mijotant à 5000°C, a ses constituants (protons, neutrons, électrons, itout) qui se comportent de la même manière que lorsqu'ils sont à l'état de "base" à -273°C?
c'est cette histoire de "base" qui me préoccupe...
ce serait bien qu'il ne soit pas si flou que ça....on y verrait plus clair

Rooney

jusqu'à des températures raisonnables (température ambiante disons), celle ci est surtout liée à l'agitation globale des atomes et des molécules (translation, rotation, vibration).

Les électrons et les nucléons restent sagement à leurs places.

A haute température c'est un peu différent, les électrons commencent à "gigoter" un peu plus, une fraction d'entre eux peuvent quitter leur état de base ( : la matière émet de la lumière dans le visible d'ailleurs). Si on continue d'augmenter la température, les électrons peuvent même quitter l'atome : on aura un plasma
Pour les nucléons, il va falloir une température beaucoup, beaucoup plus élevée pour qu'ils passent à un état excité...

L'état de base, c'est assez simple : c'est l'état d'énergie minimale.

[invitef740d4c5]

c'est graca a deux force: la force électromagnétique qui mentient les électrons au voisinage du noyau, te l'interaction forte qui lie les quarks à l'intérieur du noyau.
si tu veus savoir encor plus tu n'as qu'a chercher des info sur internet sur les quatre forces fondamentales

[Deedee81]

Bonjour,

Pas grande différence, si ce n'est que l'énergie cinétique globale de l'atome est réduite à son minimum.

Complément :

- Quand c'est très chaud (de l'ordre de 1000 degrés et plus) les chocs deviennent tellement violent que les atomes peuvent se retrouver dans des états excités et même s'ioniser (perdre leurs électrons) auquel cas le gaz devient un plasma.
- Les molécules, elles, sont affectées même par des températures modérées : elles vibrent ou tournent plus ou moins fort avec la température. Idem pour les structures cristallines.
- A haute température les molécules se décomposent et les structures solides fondent, bien sûr. Les vibrations devenant trop forte.

A -273°C tout est dans l'état de base (état de base des atomes, états de vibration minimal des molécules et réseaux cristallins,...).

[invitea774bcd7]

autre mystère :
les protons se repoussent, mais au-delà d'une certaine distance, ils s'attirent...
on connaît la distance minimale?
et puis, pourquoi ce changement d'attitude?

À partir d'une certaine distance, l'attraction entre les quarks d'un proton et ceux de l'autre proton est plus forte que la répulsion Coulombienne. C'est l'interaction forte résiduelle. C'est ce qui lie les noyaux.
Au fur et à mesure que le nombre de protons augmente dans les noyaux, il faut ajouter de plus en plus de neutrons (des quarks en plus pour l'interaction forte résiduelle et une charge électrique nulle) pour faire tenir tout ça ensemble.

Un peu hors sujet mais au niveau de la stabilité, l'ion H2+ se pose là à mon avis : un seul petit électron qui virevolte autour des 2 protons; suffisant pour contrer la répulsion Coulombienne ! Petit mais costaud, l'électron

[philou21]

Un peu hors sujet mais au niveau de la stabilité, l'ion H2+ se pose là à mon avis : un seul petit électron qui virevolte autour des 2 protons; suffisant pour contrer la répulsion Coulombienne ! Petit mais costaud, l'électron

Moins stable que H₂ mais stable quand même...



c'est une question de distribution de charges : la distance proton-proton est plus grande que la distance moyenne proton-électron