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Une longue histoire de la matière

De l'hydrogène primordial aux cristaux des roches, la matière s'organise à plusieurs niveaux : éléments chimiques, atomes (un noyau minuscule dans un quasi-vide), puis édifices ordonnés que sont les cristaux. Ce thème établit comment se sont formés les éléments et comment décrire un solide cristallin (maille, compacité, masse volumique). Note de périmètre : ce thème appartient au programme de PREMIÈRE (arrêté du 17 janvier 2019, BO spécial n° 1 du 22 janvier 2019, modifié par l'arrêté du 30 mai 2023) ; il n'est PAS au programme évalué à l'écrit de terminale. Il est ici présenté comme prérequis et approfondissement, mobilisable notamment au Grand oral.

5 sections~20 min de lecture4 compétencesNiveau Base 1 · Standard 3 · Approfondissement 1Vérifié · 06/2026

T·0111 / 8

Profil d’examen

Approfondissement — hors épreuve écrite de terminale (thème de première) : estimer la proportion d'éléments dans un échantillon et relier l'abondance des éléments à leur origine cosmique (nucléosynthèse)Décrire et utiliser un modèle simple du noyau et de l'atome ; comparer, par leurs ordres de grandeur, dimensions et masses du noyau et de l'atome (la matière est essentiellement constituée de vide)Représenter une maille cristalline en perspective et relier son organisation à la position des atomes ; calculer la compacité d'un système cubique simple et la masse volumique correspondanteRelier l'existence de plusieurs structures cristallines d'une même espèce (allotropie) à des différences de propriétés, et distinguer matière cristalline et matière amorphe

Opérateurs :estimercalculercomparerdécrirereprésenterrelierjustifierinterpréter

niveau de base

Mémorise d'abord l'essentiel mobilisable : H et He dominent l'Univers, Z définit l'élément, l'atome est ~10⁻¹⁰ m pour un noyau ~10⁻¹⁵ m (donc surtout du vide), et la compacité du cubique simple vaut π/6 ≈ 0,52.

niveau approfondi

Pour le Grand oral, sache mener les démonstrations : établir la compacité d'une maille (cubique simple et CFC) à partir de la relation entre a et r, en déduire une masse volumique, et expliquer l'allotropie carbone (graphite/diamant) par la géométrie des liaisons. Rappel : contenu de première, hors épreuve écrite de terminale.

Profondeur

Texte

Sommaire · 5 sections

Une longue histoire de la matière

Les éléments chimiques : abondance, noyaux, atomes et ions#

Baseeduscol-programme-enseignement-scientifique

Abondance des éléments dans l'Univers en fonction du numéro atomique Z (échelle logarithmique)

Fig. 1Abondances moyennes (fractions massiques) reportées en fonction du numéro atomique Z, sur une échelle logarithmique. L'hydrogène (Z = 1, ≈ 75 %) et l'hélium (Z = 2, ≈ 23 %), issus du Big Bang, dominent très largement ; viennent ensuite l'oxygène (Z = 8, ≈ 1 %), le carbone (Z = 6, ≈ 0,5 %), le néon (Z = 10) et le fer (Z = 26), tous voisins de 0,1 %. L'échelle logarithmique révèle la décroissance globale de l'abondance lorsque Z augmente.

Un élément chimique est caractérisé par son numéro atomique Z, égal au nombre de protons du noyau. Z définit l'identité de l'élément : tous les noyaux de Z = 6 sont des noyaux de carbone, quel que soit le nombre de neutrons.

Un atome est électriquement neutre : il possède autant d'électrons (charge −e) que de protons (charge +e). Un ion résulte d'un gain ou d'une perte d'électrons (l'élément, donc Z, reste inchangé) : un cation a perdu des électrons (charge +), un anion en a gagné (charge −).

Le nombre de nucléons (protons + neutrons) est noté A. La notation conventionnelle d'un noyau est

^{A}_{Z}\mathrm{X}

. Les isotopes d'un élément ont même Z mais des A différents (mêmes propriétés chimiques, masses différentes).

Conservation de l'élément chimique : au cours d'une transformation chimique, les éléments présents au départ se retrouvent à l'arrivée (les atomes se réarrangent, ils ne se transforment pas l'un en l'autre). Estimer la proportion d'un élément dans un échantillon revient donc à compter ses atomes, quelle que soit la molécule qui le contient.

Abondances : dans l'Univers, l'hydrogène et l'hélium dominent très largement (issus du Big Bang) ; les éléments plus lourds sont rares et leur abondance décroît globalement avec Z. Sur Terre (croûte), la composition diffère : l'oxygène et le silicium dominent, car la Terre s'est formée à partir de poussières où les éléments légers volatils ont été en partie perdus.

^{A}_{Z}\mathrm{X}\quad\text{avec}\quad A = Z + N

Notation d'un noyau

Z est le numéro atomique (nombre de protons), A le nombre de nucléons et N le nombre de neutrons. L'élément est entièrement fixé par Z.

q_{\text{noyau}} = +Z\,e \qquad \text{atome neutre} : N_{\text{électrons}} = Z

Charge et neutralité

Le noyau porte la charge +Z·e ; l'atome est neutre car il possède Z électrons de charge −e. Un ion de charge q a gagné ou perdu q/e électrons.

Modèle de l'atome : un noyau central et un cortège électronique en couches (exemple du carbone, Z = 6)

Fig. 2Le noyau, minuscule, rassemble les Z protons et N neutrons (il porte la charge +Z·e et presque toute la masse) ; les Z électrons se répartissent sur des couches successives. Exemple du carbone (Z = 6) : 2 électrons sur la couche K, 4 sur la couche L, ce qui assure la neutralité (6 électrons pour 6 protons).

Exemple corrigé

Composition d'un noyau et d'un ion

L'ion aluminium s'écrit $^{27}_{13}\mathrm{Al}^{3+}$ . Déterminer le nombre de protons, de neutrons et d'électrons de cet ion. Quel est l'élément chimique concerné ? Justifier que cet ion porte la charge +3e.

Identifier Z et A
Pour $^{27}_{13}\mathrm{Al}$ , le numéro atomique est Z = 13 et le nombre de nucléons est A = 27. L'élément, fixé par Z = 13, est l'aluminium.
Compter les nucléons
Le noyau contient Z = 13 protons. Le nombre de neutrons est N = A − Z = 27 − 13 = 14.
Compter les électrons de l'ion
L'atome neutre aurait 13 électrons. La charge +3e (cation 3+) signifie qu'il a perdu 3 électrons : il en reste 13 − 3 = 10.
Justifier la charge
Le noyau porte +13e (13 protons) et les 10 électrons portent −10e. La charge totale vaut +13e − 10e = +3e.

Résultat : L'ion $^{27}_{13}\mathrm{Al}^{3+}$ possède 13 protons, 14 neutrons et 10 électrons ; c'est un ion de l'élément aluminium, de charge +3e.

Erreurs fréquentes

Confondre le numéro atomique Z (nombre de protons, qui définit l'élément) et le nombre de masse A (nombre de nucléons). Le nombre de neutrons est N = A − Z.
Croire que l'abondance des éléments est la même partout : la composition de l'Univers (dominée par H et He) n'est pas celle de la croûte terrestre (dominée par O et Si).

Révision active

Une roche silicatée modèle a pour formule globale SiO₂ (silice). Dans un échantillon contenant 6,0 × 10²² motifs SiO₂, déterminer le nombre d'atomes de chaque élément, puis la proportion (en nombre d'atomes) de l'élément oxygène dans cet échantillon.

Rappel actif

Rappelle-toi les points clés — puis révèle.

Sources : Programme d'enseignement scientifique — première, voie générale (arrêté du 17 janvier 2019, BO spécial n° 1 du 22 janvier 2019 ; modifié par l'arrêté du 30 mai 2023) (Éduscol — Ministère de l'Éducation nationale)

L'origine des éléments : nucléosynthèse#

Standardeduscol-programme-enseignement-scientifique

Les sites de la nucléosynthèse : du Big Bang aux supernovæ

Fig. 3Chaîne des sites de formation des éléments. Le Big Bang produit H et He ; la fusion au cœur des étoiles édifie les noyaux jusqu'au fer (Z = 26), le plus stable et terminus de la fusion productrice d'énergie ; les éléments plus lourds naissent lors d'événements violents (supernovæ, fusions d'astres compacts) et restent rares.

Tout est parti de l'hydrogène et de l'hélium primordiaux, formés quelques minutes après le Big Bang (nucléosynthèse primordiale). C'est pourquoi H et He sont, de très loin, les éléments les plus abondants de l'Univers.

Nucléosynthèse stellaire : au cœur des étoiles, des noyaux légers fusionnent pour former des noyaux plus lourds, en libérant de l'énergie. La fusion édifie progressivement les éléments jusqu'au fer (Z = 26), élément dont le noyau est le plus stable : la fusion de noyaux plus lourds que le fer ne libère plus d'énergie.

Les éléments plus lourds que le fer (or, plomb, uranium…) ne se forment pas par simple fusion stellaire : ils naissent lors d'événements stellaires violents (explosions de supernovae, fusions d'astres compacts) qui apportent l'énergie nécessaire. Ils sont donc rares.

Conséquence directe sur les abondances : l'abondance des éléments décroît globalement quand Z augmente, et les éléments lourds (au-delà du fer) sont nettement moins abondants. La répartition observée est la « signature » de cette histoire cosmique.

Rappel (chimie ≠ nucléaire) : une transformation chimique réarrange les atomes sans changer les éléments (Z conservé) ; une transformation nucléaire (fusion, fission, radioactivité) modifie les noyaux et donc l'élément (Z change). La nucléosynthèse relève du nucléaire.

^{1}_{1}\mathrm{H} + {}^{1}_{1}\mathrm{H} + \ldots \;\longrightarrow\; {}^{4}_{2}\mathrm{He} \;\longrightarrow\; \ldots \;\longrightarrow\; {}^{56}_{26}\mathrm{Fe}

Chaîne de fusion stellaire (schéma)

Schématiquement, l'hydrogène fusionne en hélium, puis des fusions successives édifient des noyaux de plus en plus lourds, jusqu'au fer ${}^{56}_{26}\mathrm{Fe}$ , terminus de la fusion productrice d'énergie.

Exemple corrigé

Lire et interpréter une abondance

Dans l'Univers, la fraction massique de l'hydrogène est d'environ 75 % et celle du fer d'environ 0,11 %. Estimer combien de fois l'hydrogène est plus abondant (en masse) que le fer, puis interpréter ce résultat à l'aide de la nucléosynthèse.

Poser le rapport
On compare les deux fractions massiques en formant leur quotient.
Calculer
Le quotient vaut environ 6,8 × 10². L'hydrogène est donc à peu près 700 fois plus abondant que le fer.
Interpréter
L'hydrogène est primordial (Big Bang) et n'a pas été « consommé » en totalité. Le fer, lui, ne se forme que par fusion au cœur des étoiles : il est bien plus rare. Plus largement, l'abondance décroît avec Z, ce qui reflète l'histoire de la nucléosynthèse.

Résultat : L'hydrogène est environ 700 fois plus abondant que le fer en masse, ce qui traduit son origine primordiale et la rareté des éléments synthétisés ultérieurement dans les étoiles.

Erreurs fréquentes

Penser que tous les éléments se forment dans le cœur des étoiles par fusion : seuls ceux jusqu'au fer y sont édifiés ; les plus lourds nécessitent des événements stellaires violents.
Confondre transformation chimique (conserve les éléments) et transformation nucléaire (forme de nouveaux éléments) : la nucléosynthèse est nucléaire, pas chimique.

Révision active

À l'aide d'un diagramme d'abondance des éléments dans l'Univers (échelle logarithmique), expliquer pourquoi l'or (Z = 79) est environ un milliard de fois moins abondant que l'oxygène, en mobilisant les mécanismes de nucléosynthèse.

Rappel actif

Rappelle-toi les points clés — puis révèle.

L'atome, essentiellement constitué de vide (modèle de Rutherford)#

Standardeduscol-programme-enseignement-scientifique

Échelles comparées de l'atome et de son noyau : une matière presque vide

Fig. 4Représentation conceptuelle (hors échelle) : le disque en pointillés figure l'atome (r ≈ 10⁻¹⁰ m) et le point central le noyau (r ≈ 10⁻¹⁵ m), environ 10⁵ fois plus petit. Comme le volume varie comme le cube du rayon, le noyau occupe ≈ 10¹⁵ fois moins de place que l'atome : la matière est essentiellement constituée de vide.

Modèle de Rutherford (1911) : l'atome est constitué d'un noyau minuscule, dense et chargé positivement, concentrant la quasi-totalité de la masse, autour duquel se répartit un cortège d'électrons. L'essentiel du volume de l'atome est… du vide.

Ordres de grandeur à retenir : la taille d'un atome est de l'ordre de 10⁻¹⁰ m (soit 0,1 nm), celle d'un noyau de l'ordre de 10⁻¹⁵ m (1 fm). Le rapport des tailles est donc d'environ 10⁵.

Comme les volumes varient comme le cube des dimensions, le noyau occupe environ (10⁵)³ = 10¹⁵ fois moins de volume que l'atome : la matière est, à l'échelle atomique, presque entièrement vide.

Masse d'un atome : protons et neutrons (les nucléons) ont une masse voisine, de l'ordre de mₙ ≈ 1,67 × 10⁻²⁷ kg, très supérieure à celle de l'électron (négligeable). La masse d'un atome (ou de son noyau) s'estime donc par m ≈ A × mₙ.

Conséquence : presque toute la masse est dans le noyau (les électrons sont quasi sans masse), alors que presque tout le volume est occupé par le cortège électronique. Le noyau est donc extraordinairement dense.

m_{\text{atome}} \approx A \times m_{\text{nucléon}} \qquad m_{\text{nucléon}} \approx 1{,}67\times 10^{-27}\ \mathrm{kg}

Masse d'un atome

La masse de l'atome est portée par ses A nucléons (protons et neutrons), de masse quasi identique ; la masse des électrons est négligeable.

\dfrac{r_{\text{atome}}}{r_{\text{noyau}}} \approx \dfrac{10^{-10}}{10^{-15}} = 10^{5} \qquad \dfrac{V_{\text{atome}}}{V_{\text{noyau}}} \approx (10^{5})^{3} = 10^{15}

Atome / noyau : tailles et volumes

Le rayon de l'atome est environ 100 000 fois celui du noyau ; comme le volume varie comme le cube du rayon, l'atome est environ 10¹⁵ fois plus volumineux que son noyau : il est presque vide.

Exemple corrigé

Masse d'un atome de fer et densité du noyau

Le noyau de fer le plus courant est ${}^{56}_{26}\mathrm{Fe}$ . Calculer la masse d'un atome de fer (on prend mₙ ≈ 1,67 × 10⁻²⁷ kg). Sachant que le rayon de l'atome est ~1,3 × 10⁻¹⁰ m et celui du noyau ~5 × 10⁻¹⁵ m, comparer les volumes occupés et conclure.

Masse de l'atome
L'atome compte A = 56 nucléons. Sa masse vaut m ≈ A × mₙ = 56 × 1,67 × 10⁻²⁷ kg.
Rapport des rayons
On compare les rayons de l'atome et du noyau.
Rapport des volumes
Le volume varie comme le cube du rayon : on élève le rapport précédent au cube.
Conclure
L'atome est environ dix mille milliards de fois plus volumineux que son noyau, alors que presque toute sa masse y est concentrée : la matière est essentiellement constituée de vide et le noyau est extrêmement dense.

Résultat : Un atome de fer pèse environ 9,4 × 10⁻²⁶ kg ; son noyau, ~10¹³ fois moins volumineux que l'atome, porte presque toute la masse : l'atome est quasi vide.

Schritt-für-Schritt Erklärung5 Schritte

1
À l'échelle de l'atome, presque tout est vide. Comparons d'abord les tailles : l'atome mesure environ 10⁻¹⁰ mètre, le noyau environ 10⁻¹⁵ mètre.
2
Le rapport des rayons vaut donc environ cent mille. Mais ce qui compte pour le vide, c'est le volume.
3
Comme le volume varie comme le cube du rayon, le rapport des volumes atteint dix puissance quinze.
4
Et pourtant, presque toute la masse est dans ce noyau minuscule, car les électrons sont quasiment sans masse.
5
Conclusion : un noyau dense et lourd, perdu dans un immense espace presque entièrement vide. C'est le modèle de Rutherford.

Erreurs fréquentes

Oublier que le rapport des volumes est le CUBE du rapport des tailles : un facteur 10⁵ sur les rayons donne 10¹⁵ sur les volumes, pas 10⁵.
Ajouter la masse des électrons : elle est négligeable devant celle des nucléons, donc m(atome) ≈ A × mₙ suffit.

Révision active

Le noyau d'or a un rayon d'environ 7 × 10⁻¹⁵ m et l'atome d'or un rayon d'environ 1,4 × 10⁻¹⁰ m. Estimer le rapport de leurs rayons, puis le rapport de leurs volumes, et conclure sur la proportion de vide dans l'atome.

Rappel actif

Rappelle-toi les points clés — puis révèle.

Des édifices ordonnés : les cristaux (maille, compacité, masse volumique)#

Approfondissementeduscol-programme-enseignement-scientifique

Maille cubique simple en perspective (atomes aux sommets, a = 2r)

Un solide cristallin est un assemblage périodique tridimensionnel : un même motif (atome, ion ou molécule) se répète régulièrement dans les trois directions de l'espace. La maille est le plus petit volume qui, recopié par translations, reconstitue tout le cristal.

Comptage des atomes d'une maille cubique : un atome au sommet est partagé entre 8 mailles (compte pour 1/8), un atome au centre d'une face entre 2 mailles (1/2), un atome au centre d'une arête entre 4 (1/4), un atome strictement à l'intérieur compte pour 1.

Cubique simple : atomes aux 8 sommets seulement, soit 8 × 1/8 = 1 atome par maille ; les atomes se touchent le long de l'arête, donc a = 2r. Cubique à faces centrées (CFC) : 8 sommets + 6 centres de faces, soit 8 × 1/8 + 6 × 1/2 = 4 atomes par maille ; ils se touchent le long de la diagonale d'une face, donc a√2 = 4r.

Compacité C = (volume occupé par les atomes de la maille) / (volume de la maille). Elle ne dépend pas de la taille des atomes, seulement de la géométrie : C = π/6 ≈ 0,52 pour le cubique simple, C = π√2/6 ≈ 0,74 pour le CFC (empilement le plus compact possible de sphères identiques).

Masse volumique : ρ = (masse des atomes de la maille) / (volume de la maille) = n·M / (N_A · a³), où n est le nombre d'atomes par maille, M la masse molaire, N_A la constante d'Avogadro et a l'arête. C'est une grandeur mesurable qui valide le modèle cristallin.

C = \dfrac{n\,\cdot\,\frac{4}{3}\pi r^{3}}{a^{3}}

Compacité d'une maille

C est le rapport du volume réellement occupé par les n atomes (assimilés à des sphères de rayon r) au volume a³ de la maille cubique.

C_{\text{cubique simple}} = \dfrac{1\cdot\frac{4}{3}\pi r^{3}}{(2r)^{3}} = \dfrac{\pi}{6} \approx 0{,}52

Compacité du cubique simple

Avec 1 atome par maille et a = 2r, le rayon r se simplifie : la compacité vaut exactement π/6, soit environ 52 % du volume occupé.

\rho = \dfrac{n\,M}{N_{A}\,a^{3}}

Masse volumique d'un cristal

n est le nombre d'atomes par maille, M la masse molaire, N_A la constante d'Avogadro et a l'arête de la maille cubique.

Maille cubique à faces centrées (CFC) : 8 sommets + 6 centres de faces

Fig. 6Maille CFC : aux 8 sommets s'ajoutent 6 atomes au centre des faces, soit 8 × 1/8 + 6 × 1/2 = 4 atomes par maille. Les atomes se touchent le long de la diagonale d'une face, d'où la relation a√2 = 4r (et la compacité maximale C = π√2/6 ≈ 0,74). Un atome de centre de face est mis en évidence.

Exemple corrigé

Compacité du cubique simple, puis masse volumique du polonium

Le polonium α cristallise dans une structure cubique simple d'arête a = 0,334 nm. Données : M(Po) = 209 g·mol⁻¹, N_A = 6,02 × 10²³ mol⁻¹. 1) Établir la compacité d'une maille cubique simple. 2) Calculer la masse volumique du polonium.

Atomes par maille
Les 8 atomes occupent les sommets ; chacun est partagé entre 8 mailles. Le nombre d'atomes par maille est n = 8 × 1/8 = 1.
Relation a–r
Dans le cubique simple, les atomes se touchent le long de l'arête : a = 2r, donc r = a/2.
Compacité
On reporte n = 1 et r = a/2 dans la définition de C. Le rayon se simplifie et l'on obtient un résultat indépendant de a.
Masse volumique
On applique ρ = nM/(N_A a³) avec n = 1, M = 209 × 10⁻³ kg·mol⁻¹ et a = 0,334 × 10⁻⁹ m, soit a³ ≈ 3,73 × 10⁻²⁹ m³.
Résultat numérique
Le calcul donne ρ ≈ 9,3 × 10³ kg·m⁻³, soit 9,3 g·cm⁻³, en bon accord avec la valeur tabulée du polonium (~9,2 g·cm⁻³).

Résultat : La compacité du cubique simple vaut π/6 ≈ 0,52 ; la masse volumique calculée du polonium, ρ ≈ 9,3 g·cm⁻³, est cohérente avec la valeur mesurée.

Erreurs fréquentes

Compter chaque atome de sommet pour 1 : un sommet de cube est partagé entre 8 mailles, il ne compte que pour 1/8 (8 × 1/8 = 1 atome au total pour le cubique simple).
Se tromper de relation a–r : pour le cubique simple les atomes se touchent le long de l'arête (a = 2r), pour le CFC le long de la diagonale d'une face (a√2 = 4r), pas le long de l'arête.

Révision active

L'aluminium cristallise dans une structure cubique à faces centrées d'arête a = 0,405 nm. Données : M(Al) = 27,0 g·mol⁻¹, N_A = 6,02 × 10²³ mol⁻¹. Déterminer le nombre d'atomes par maille, puis calculer la masse volumique de l'aluminium et la comparer à la valeur tabulée (2,70 g·cm⁻³).

Rappel actif

Rappelle-toi les points clés — puis révèle.

Variétés cristallines, allotropie et matière amorphe#

Standardeduscol-programme-enseignement-scientifique

Allotropie du carbone : graphite (feuillets) et diamant (réseau tétraédrique)

Fig. 7Même élément (carbone), deux structures cristallines, des propriétés opposées. (a) Graphite : feuillets d'hexagones à liaisons délocalisées (anneau aromatique) — tendre et conducteur. (b) Diamant : chaque carbone est lié à quatre voisins selon un réseau tétraédrique tridimensionnel — très dur et isolant. C'est la structure, et non la composition, qui fait la propriété.

Une même espèce chimique (un même élément ou un même composé) peut exister sous plusieurs structures cristallines distinctes : on parle de variétés allotropiques. La nature de l'élément ne change pas ; seul change l'arrangement géométrique des atomes.

Exemple canonique : le carbone. Dans le graphite, les atomes forment des feuillets plans (hexagones) faiblement liés entre eux : tendre, opaque, conducteur, il glisse facilement. Dans le diamant, chaque carbone est lié à quatre voisins selon un réseau tétraédrique tridimensionnel : très dur, transparent, isolant.

Conclusion essentielle : à composition chimique identique, des structures cristallines différentes donnent des propriétés physiques très différentes (dureté, transparence, conductivité). La structure, et pas seulement la composition, gouverne les propriétés.

La structure cristalline explique aussi des solides naturels : les minéraux des roches sont, pour la plupart, cristallins (arrangement périodique), de même que de nombreux solides biologiques (coquilles, os, calcaires biogènes).

Matière amorphe : un solide amorphe (comme le verre) n'a PAS d'ordre périodique à grande distance. Ses atomes sont figés dans un désordre proche de celui d'un liquide. Le verre n'est donc pas un cristal : il en diffère par l'absence de maille répétée.

Exemple corrigé

Argumenter l'allotropie carbone et reconnaître l'amorphe

On dispose de trois échantillons constitués des mêmes éléments : du diamant (carbone), du graphite (carbone) et un verre de silice (silice SiO₂). 1) Justifier que diamant et graphite, bien que de même composition, aient des propriétés opposées. 2) Préciser lequel des solides n'est pas cristallin et pourquoi.

Même élément, structures différentes
Diamant et graphite sont deux variétés allotropiques du carbone : la composition est identique (uniquement du carbone), mais l'arrangement des atomes diffère.
Relier structure et propriétés
Dans le diamant, chaque carbone est lié à 4 voisins dans un réseau tétraédrique rigide en trois dimensions : d'où sa grande dureté et son caractère isolant. Dans le graphite, les atomes forment des feuillets plans faiblement liés entre eux, qui glissent : d'où sa douceur, et des électrons délocalisés dans les feuillets le rendent conducteur.
Conclusion sur l'allotropie
À composition identique, c'est la structure cristalline qui détermine les propriétés : l'allotropie illustre directement le lien structure → propriétés.
Identifier l'amorphe
Le verre de silice n'est pas cristallin : ses atomes ne présentent pas d'ordre périodique à grande distance (pas de maille répétée). C'est un solide amorphe, contrairement au diamant et au graphite qui sont cristallins.

Résultat : Diamant et graphite diffèrent par leur structure cristalline (allotropie du carbone), d'où des propriétés opposées ; le verre de silice, lui, est amorphe (pas d'ordre périodique) et donc non cristallin.

Erreurs fréquentes

Croire que graphite et diamant sont des éléments chimiques différents : ce sont deux structures cristallines (allotropes) du MÊME élément carbone ; leurs propriétés diffèrent par la structure, pas par la composition.
Ranger le verre parmi les cristaux : le verre est amorphe (pas d'ordre périodique à grande distance), il n'a pas de maille qui se répète.

Révision active

Le diamant et le graphite sont tous deux constitués uniquement de carbone. Expliquer, en s'appuyant sur la disposition des atomes et des liaisons, pourquoi le diamant est très dur et isolant alors que le graphite est tendre et conducteur. Conclure sur le rôle de la structure cristalline.

Rappel actif

Rappelle-toi les points clés — puis révèle.

Références et sources

Sources

Éduscol — Ministère de l'Éducation nationale

Programme d'enseignement scientifique — première, voie générale (arrêté du 17 janvier 2019, BO spécial n° 1 du 22 janvier 2019 ; modifié par l'arrêté du 30 mai 2023)

Une longue histoire de la matière

5 sections~20 min de lecture4 compétencesNiveau Base 1 · Standard 3 · Approfondissement 1Vérifié · 06/2026

Une longue histoire de la matière

Points clés

Composition d'un noyau et d'un ion

Points clés

Lire et interpréter une abondance

Points clés

Masse d'un atome de fer et densité du noyau

Points clés

Compacité du cubique simple, puis masse volumique du polonium

Points clés

Argumenter l'allotropie carbone et reconnaître l'amorphe

Sources

Une longue histoire de la matière

Points clés

Composition d'un noyau et d'un ion

Points clés

Lire et interpréter une abondance

Points clés

Masse d'un atome de fer et densité du noyau

Points clés

Compacité du cubique simple, puis masse volumique du polonium

Points clés

Argumenter l'allotropie carbone et reconnaître l'amorphe

Sources