La quantité de la matière réactive

[BeGust]

Le titre est peut-être inexact ou je peux tenter de l'expliquer :

Existe-t-il en astrophysique un tableau des éléments qui soit
séparé par une courbe délimitant les atomes (ou, NB : molécules)
qui réagissent et par là se transforment en d'autres atomes (ou d'autre molécules)
et ceux stabilisés (à jamais ou NB à plus ou moins long terme) ?

De manière à comprendre sous cet aspect-là ce qu'on appelle l'entropie...
Cette notion est peut-être dépassée aujourd'hui.

Dans un second temps : y a-t-il plus d'éléments susceptibles d'entrer dans
des réactions que d'éléments arriver au terme de leur transformations car
stabilisés pour toujours ?

Cette question est-elle valide ?

Merci
Bonne journée
-----

[Lansberg]

Bonjour,

Existe-t-il en astrophysique un tableau des éléments qui soit séparé par une courbe délimitant les atomes (ou, NB : molécules) qui réagissent et par là se transforment en d'autres atomes (ou d'autre molécules) et ceux stabilisés (à jamais ou NB à plus ou moins long terme) ?

Dans cette question il y a un mélange entre physique nucléaire et chimie.
Le tableau des éléments utilisé en astrophysique est celui du chimiste (tableau de Mendeleïev) dans lequel on trouve les noyaux stables.
Quand on parle de transformation d'un noyau d'atome en un autre il s'agit de physique nucléaire avec les phénomènes de fusion ou de fission. On peut alors s'intéresser à la radioactivité et aux noyaux instables qui naturellement donnent naissance à d'autres noyaux par émission d'un rayonnement (alpha, béta, gamma) pour aboutir progressivement à des noyaux stables.

Carte des noyaux stables et instables : https://laradioactivite.com/le-phenomene/carte_noyaux

Les transformations (réactions) chimiques entre atomes et/ou molécules concernent uniquement les réarrangements d'atomes. On peut avoir des suites de réactions chimiques conduisant à des molécules stables.

De manière à comprendre sous cet aspect-là ce qu'on appelle l'entropie...
Cette notion est peut-être dépassée aujourd'hui.

Cette notion est nullement dépassée et est utilisée en chimie et en physique. On trouve de nombreuses références sur le net abordant le sujet.

Dans un second temps : y a-t-il plus d'éléments susceptibles d'entrer dans des réactions que d'éléments arriver au terme de leur transformations car stabilisés pour toujours ?
Cette question est-elle valide ?

Question pas claire.
Les réactions chimiques concernent essentiellement les atomes stables du tableau de Mendeleïev.

[Gilgamesh]

Le titre est peut-être inexact ou je peux tenter de l'expliquer :

Existe-t-il en astrophysique un tableau des éléments qui soit
séparé par une courbe délimitant les atomes (ou, NB : molécules)
qui réagissent et par là se transforment en d'autres atomes (ou d'autre molécules)
et ceux stabilisés (à jamais ou NB à plus ou moins long terme) ?

De manière à comprendre sous cet aspect-là ce qu'on appelle l'entropie...
Cette notion est peut-être dépassée aujourd'hui.

Dans un second temps : y a-t-il plus d'éléments susceptibles d'entrer dans
des réactions que d'éléments arriver au terme de leur transformations car
stabilisés pour toujours ?

Cette question est-elle valide ?

Merci
Bonne journée

C'est une question dont les contours sont très flous et nécessite une bonne mise au point, disons ça.

En premier lieu, il faut distinguer ce qui relève de la chimie et ce qui relève de la physique nucléaire.

La chimie concerne le cortège électronique des atomes, et quand on parle de molécules, il s'agit toujours de chimie. La propension d'un atome à former des molécules dépend en premier chef de la multiplicité des électrons dit de valence qu'il est capable d'engager dans une liaison : hydrogène : 1, hélium : 0, oxygène : 2, azote : 3, carbone : 4, etc.

Vu sous cet angle, le carbone sera le prince tout puissant de la chimie, capable de former d'immenses édifices moléculaires, tandis qu'à l'opposé, l'hélium et tous les gaz dit nobles : néon, argon, krypton, xénon et radon, seront comme des célibataires endurcis incapables de s'engager dans la moindre liaison chimique.

La chimie implique des énergies assez basses, de l'ordre de l'électron-volt (eV), soit des températures inférieures à 10⁴ K. Au delà, toutes les liaisons chimiques sont rompues, et l'atome lui-même est ionisés avec le noyau et les électrons qui se baladent chacun de leur côté. Pas de chimie au coeur des étoiles.

La physique nucléaire concerne le noyau de l'atome, à des énergies qui dépassent le MeV, soit des températures supérieures à 10⁷ K. Deux types de réactions sont concernées : la fusion de noyaux légers pour donner des éléments plus lourds, typiquement : 4H -> 1 He-4, et la fissions des noyaux lourds pour donner des éléments plus légers, le plus communément sous forme de radioactivité des noyaux (alpha, bêta, gamma...).
Pour la fusion, il faut aller au coeur des étoiles pour qu'il se passe des choses. C'est l'énergie dégagée par la fusion qui leur permet de compenser l'énergie qu'elles perdent en rayonnant. En fin de vie, l'étoile va disperser son enveloppe, de façon plus ou moins violente, et le produit de la fusion va enrichir l'atmosphère galactique. Cette nucléosynthèse stellaire est un aspect essentiel de l'évolution cosmique.

Vu sous cet angle, tout noyau est capable d'en donner un autre mais il existe une "vallée de stabilité" autours de 60 nucléons, comme le montre la courbe d'Aston ci-dessous. En deça de N~60, un noyau va fournir de l'énergie en formant des noyaux plus lourds, au delà, il va fournir de l'énergie en formant des noyaux plus léger.

[Gilgamesh]

Croisement avec Landsberg que je salue.
Donc pour commencer nous sommes d'accord que la principale ambiguïté s'agissant d'astrophysique c'est de distinguer le domaine chimique et nucléaire.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Deux petites précisions (en excluant la chimie, uniquement la physique nucléaire).

Tout d'abord comme expliqué, le noyau du fer 56 est le plu stable (le fait que le fer soit un élément très abondant n'est pas un hasard), il consomme de l'énergie aussi bien s'il fusionne que s'il fissionne.
Mais cela ne veut pas dire qu'il est indestructible. Ainsi dans une supernovae, le coeur est formé essentiellement de fer (et du fait de ce que je viens de dire, c'est ce qui explique la fin explosive : les réactions nucléaires s'arrêtent brutalement, d'autant plus brutalement que, comme le montre ma courbe de Gilgamesh, la fusion des éléments plus lourds que l'hydrogène produit peu d'énergie et pour produire l'énergie nécessaire à l'équilibre, les réactions s'emballent... jusqu'au fer). L'enveloppe tombe en chute libre sur le coeur. Et le choc est énorme, c'est massif une étoile et une enveloppe en chite libre c'est un choc monstrueux. La compression est telle que les protons absorbent les électrons et forment des neutrons, cela a trois conséquences : la formation de nombreux éléments très lourds (jusqu'aux transuraniens) dont une partie va être éjectée, cette transformation produit un flux de neutrino si intenses que même ces particules "fantomatiques" poussent violemment la matière qui chutait et rebondit sur le coeur "dur" : bouuuum et une partie de ces éléments lourds est éjectée avec. Enfin, le fer disparait et remplacée par un "magma" de matière riche en neutrons : l'étoile à neutron est née (voire un trou noir). (processus éminemment complexe, j'ai résumé, très).

Ensuite tout cela n'a rien à voir avec l'entropie. on a des noyaux plus ou moins stable et c'est tout. Mais l'entropie intervient dans tous les processus nucléaires stellaires simplement parc que ce sont des grands systèmes avec des milliards de milliards d'atomes. Et l'évolution de tels systèmes est forcément décrit par la physique statistique (et donc la thermodynamique) et donc avec de l'entropie. Pas besoin de nucléaire pour ça, mais de fait l'évolution va forcément vers l'état d'énergie le plus stable (et d'entropie maximale) qui est celui du fer. Mais ça n'évolue pas toujours comme ça. Notre Soleil étant trop petit, le noyau n'ira pas au delà de la synthèse de l'oxygène, du carbone et quelques atomes un peu plus lourds. Puis il s'éteindra (très lentement, sous forme d'une naine blanche).

[BeGust]

Waw quelles superbes et croustillantes réponses, merci beaucoup !!
J'ai de la lecture là !! Et vivante avec ça

Oui, c'est très imprécis. à vrai dire je ne pensais pas à la distinction
entre chimie et physique nucléaire.

J'ai pensé àl'entropie parce que de ce que j'en ai retenu elle décrit
un début et une fin : l'énergie de l'univers se dégrade jusqu'à atteindre 0.
Je dois sans doute sembler dire un peu n'importe quoi au vu des connaissances
que vous avez mais bon ..'

Et donc, j'imaginais que tous les atomes (voire les particules subatomiques ;
oui là j'oublie la chimie) garderaient une trace de cette entropie...

Je ne peux pas préciser plus pour l'instant mais je suis ravi de pouvoir lire , relire,
rerelire vos commentaires !

[Deedee81]

Salut,

J'ai pensé àl'entropie parce que de ce que j'en ai retenu elle décrit
un début et une fin : l'énergie de l'univers se dégrade jusqu'à atteindre 0.

Plutôt une grande valeur (l'entropie est croissante). Ceci dit, l'augmentation d'entropie de l'univers n'est pas si énorme et tout sera éparpillé (par l'expansion) et éteint (naines noires) avant d'en arriver là.
Ici on parle plutôt d'un processus de nucléosynthèse stellaire sur un cours laps de temps (enfin, tout est relatif, entre quelques centaine de millions d'années à une bonne vingtaine de milliards d'années selon la masse de l'étoile, plus elles sont massives et moins longtemps elles vivent).

Et donc, j'imaginais que tous les atomes (voire les particules subatomiques ;
oui là j'oublie la chimie) garderaient une trace de cette entropie...

Je ne suis pas sûr que la question ait un sens. L'entropie n'est pas de la boue qui laisse des traces Tout ce qu'on peut dire c'est que l'entropie augmente, c'est tout. Mais aussi que ça n'a rien à voir avec les questions de nucléosynthèse en soi mais bon, là je ne fais que répéter ce qui a été dit.

Peut-être pour préciser, ce qu'est l'entropie. Ca n'a rien de magique et c'est même assez simple. J'aime bien la définition statistique car elle est simple, rigoureuse et claire.
Prend un système quelconque : une étoile, une balle de golf, un tas de boue. Mais de grande taille (donc pas un atome seul, c'est un concept liés aux grands nombres comme la pression et la température). Considérons les grandeurs macroscopiques : pression P, température T, etc... Mais le système peut aussi avoir divers états microscopiques (ses atomes peuvent être là ou là...).
Si pour des valeurs macroscopiques données P, T,... il y a W états microscopiques possibles. Alors l'entropie S = k* ln W
(où k est la constante de Boltzmann).

Ce n'est rien d'autre. Ni plus ni moins que ça. Aucun autre mystère derrière.

Note que quand le système devient grand, W augmente très vite, exponentiellement (on le montre très facilement sur des petits systèmes idéalisés et jouets, c'est juste un jeu de combinatoire, au sens de la théorie des probabilités qu'on voit à l'école).

Et la seconde loi de la thermodynamique qui dit que l'entropie est toujours croissante c'est bêtement le fait qu'un système va avoir plus de chance d'évoluer vers un états où il y a beaucoup de possibilités W.
C'est probabiliste (mais quand on parle de milliards de milliards de milliards de particules, ces probabilités deviennent des certitudes).
Pour être rigoureux il y a une hypothèse supplémentaire qui dit que tous les états microscopiques sont équiprobables, appelé postulat fondamental de la physique statistique. Et Il peut se démontrer à partir du principe ergodique. Et ce dernier se démontre presque (pas encore complètement mais en tout cas dans tous les cas qui peuvent nous intéresser).

Donc comme tu vois :
- l'entropie n'a rien de mystérieux
- elle n'a rien à avoir avec la nucléosynthèse, la stabilité des noyaux et tout ça

Faut pas mélanger la soupe et la boue, c'est pas bon

[Lansberg]

Bonjour,

pour avoir une bonne idée de ce qu'est l'entropie je ne peux que conseiller cette présentation d'Hubert Reeves en 2013 au festival d'astronomie de Fleurance (1h + questions du public) : https://www.youtube.com/watch?v=tJ4JmHbEDyg
Flèche du temps, information, ordre, désordre, vie... tout y est avec quelques calculs simples.
Seul petit reproche pour ceux qui découvrent la notion, c'est que les diapos sont un peu en décalage avec le discours.