Aimez-vous les cookies aux pépites de chocolat ? La plupart d'entre nous les aiment. Tout comme un cookie aux pépites de chocolat est composé de différents ingrédients – farine, sucre, cacao, levure chimique et pépites de chocolat –, tout dans ce monde est composé d'ingrédients différents. Ces ingrédients sont appelés éléments, et nous allons les explorer plus en détail dans cette leçon.
Objectifs d'apprentissage
Commençons.
Un élément est une substance pure constituée d'un seul type d'atome et ne pouvant être décomposée en substances chimiques plus simples. Les éléments sont les éléments constitutifs de toute la matière du monde.
Les exemples d’éléments comprennent le fer, l’oxygène, l’hydrogène, l’or et l’hélium.
Il existe 118 éléments différents, dont seulement 98 sont naturellement présents sur Terre. Ces 118 éléments sont représentés dans un tableau standard appelé le tableau périodique des éléments. En termes simples, le tableau périodique est une façon de lister les éléments. Voici à quoi il ressemble :
L'hydrogène est l'élément le plus répandu dans l'univers. C'est aussi l'élément le plus léger.
L'hélium est le deuxième élément le plus commun dans l'univers, mais il est très rare sur Terre.
Ces gaz sont utilisés dans les montgolfières car ils sont plus légers que l'air et peuvent donner de la flottabilité au ballon afin qu'il s'élève et flotte dans l'atmosphère.
Chaque élément est représenté par un code d'une ou deux lettres, la première étant toujours en majuscule et, si une seconde lettre est présente, en minuscule. Par exemple, le symbole de l'hydrogène est \(H\) et celui du carbone \(C\) . Certains codes de lettres sont dérivés de la terminologie latine, comme le symbole du sodium ( \(Na\) ) qui dérive du mot latin « natrium », qui signifie carbonate de sodium.
Les éléments chimiques sont divisés en trois : les métaux, les métalloïdes et les non-métaux.
Les métaux, généralement trouvés sur le côté gauche du tableau périodique, sont
L'aluminium, le fer, le cuivre, l'or, le mercure et le plomb sont des métaux.
En revanche, les non-métaux trouvés sur le côté droit du tableau périodique sont :
Le carbone et l’oxygène sont des exemples de non-métaux élémentaires.
Les métalloïdes présentent certaines caractéristiques des métaux et d'autres des non-métaux. Les six métalloïdes communément reconnus sont le bore, le silicium, le germanium, l'arsenic, l'antimoine et le tellure.
L'abondance des éléments est très variable. Dans l'univers, l'élément le plus répandu est l'hydrogène (environ 90 %), suivi de l'hélium (essentiel des 10 % restants). Tous les autres éléments sont présents en quantités relativement plus faibles, d'après nos observations.
Sur la planète Terre, l'oxygène représente 46,1 % de la masse de la croûte terrestre, principalement en combinaison avec d'autres éléments, tandis que le silicium en représente 28,5 %. L'hydrogène, l'élément le plus abondant de l'univers, ne représente que 0,14 % de la croûte terrestre.
L'abondance massique des neuf éléments les plus abondants dans la croûte terrestre est d'environ
D'autres éléments sont présents à moins de 0,15 %
Les éléments trouvés sur Terre et sur Mars sont exactement les mêmes.
Environ 96 % du poids corporel est constitué de seulement quatre éléments : l’oxygène, le carbone, l’hydrogène et l’azote.
Le calcium, le phosphore, le magnésium, le sodium, le potassium, le chlore et le soufre sont des macronutriments, ou éléments, dont l'organisme a besoin en quantités importantes. Les autres éléments sont des oligo-éléments, comme le cobalt, le lithium, le manganèse, le sélénium, l'iode, le cuivre, etc. Ils sont considérés comme essentiels à la vie. Toute quantité inférieure ou égale à 0,01 % est considérée comme un oligo-élément.
La plus petite particule d'un élément est un « atome », et chaque atome est composé de particules plus petites : électrons, protons et neutrons. Le nombre de protons dans chaque atome est appelé numéro atomique. C'est un nombre important pour un élément. Chaque élément possède un numéro atomique unique. L'hydrogène est le premier élément et possède un proton, son numéro atomique est donc 1. L'or possède 79 protons dans chaque atome et son numéro atomique est 79. Les éléments à l'état standard possèdent également le même nombre d'électrons que de protons.
Si plusieurs types d'atomes sont présents, une substance n'est pas un élément. Les composés et les alliages ne sont pas des éléments.
Un composé chimique est une substance chimique composée de nombreuses molécules identiques, constituées d'atomes de plusieurs éléments, liés par des liaisons chimiques. Par exemple, l'eau pure est un composé chimique composé de deux éléments : l'hydrogène et l'oxygène. Le rapport hydrogène/oxygène dans l'eau est toujours de 2:1.
Un alliage est une substance obtenue par fusion de deux ou plusieurs éléments, dont au moins un est métallique. Exemples d'alliages courants : l'acier, une combinaison de fer (métal) et de carbone (non métallique) ; le bronze, une combinaison de cuivre (métal) et d'étain (métal) ; et le laiton, une combinaison de cuivre (métal) et de zinc (métal).
De même, un groupe d'électrons et de neutrons ne sont pas des éléments. Une particule doit contenir des protons pour être un exemple d'élément.
Les non-éléments comprennent l’eau, l’acier, les électrons et le laiton.
Bien que tous les éléments soient constitués du même type d'atomes, ils peuvent se présenter sous différentes formes. Selon leur température, ils peuvent être solides, liquides ou gazeux. Ils peuvent également prendre différentes formes selon la densité des atomes. On les appelle allotropes. Le carbone en est un exemple. Selon la façon dont les atomes de carbone s'assemblent, ils peuvent former du diamant, du charbon ou du graphite. Parfois, les atomes d'un même élément ont un nombre de neutrons différent : on les appelle isotopes. Nous en apprendrons davantage sur les isotopes dans une leçon distincte intitulée « Isotopes ».
