Stabilité des noyaux atomiques

La forme AZX

Il s'agit d'une notation pour représenter les atomes. Il s'agit de celle que vous rencontrerez le plus souvent : Que signifie le modèle AZX? Par exemple, l'atome d'oxygène se représente de la façon suivante : 168O Voici un tableau qui détaille cette notation :

SymboleAZXN
DéfinitionNombre de massesNuméro atomiqueSymbole de l'élémentNombre de neutrons (A - Z)
Le nombre de masse d’un atome est le nombre de nucléons qu’il contient. Il s’agit donc de la somme du nombre de protons et du nombre de protons qui constituent le noyau de l’atome.

Stabilité

Pour que le noyau et les électrons restent stables entre eux, il faut réunir certaines conditions. Ils sont donc liés par une énergie de liaison. Si ils ne sont pas bien liés entre eux, les atomes deviennent instables et se transforment. Ils sont donc radioactifs.

Comment s'organisent les molécules ? La stabilité des molécules dépend en grande partie des charges de leurs atomes.

Composition du noyau

Le noyau d'un atome se compose d'éléments que l'on appelle les nucléons. Ce sont eux qui définissent le nombre de massa d'un atome. Le nombre de masse d’un atome est le nombre de nucléons qu’il contient. Il s’agit donc de la somme du nombre de protons et du nombre de protons qui constituent le noyau de l’atome Dans ces nucléons se trouvent des protons dont la charge est positive et des neutrons à charge neutre. Ces deux composants sont très fortement liés entre eux. Le rayon d'un nucléon est d'environ 10-15 m alors que l'atome tout entier a un diamètre avoisinant les 10-10 m.

Les isotopes

Des noyaux isotopes sont des noyaux que renferment le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différents, ils ont le même symbole.

Certains de ces isotopes sont radioactifs.

En résumé, des isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons

La demie-vie

La demie-vie d'un isotope se caractérise par la période au bout de laquelle la moitié des atomes d'un certain échantillon initial radioactif se sera désintégré.

Période radioactive

On appelle période radioactive le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux d’un isotope radioactif se désintègre de manière naturelle. Cette période n’est influencée en aucun cas par les conditions de l’environnement, que ce soit la température, la pression ou encore le champ magnétique, elle est propre à l’isotope en question. Statistiquement, on peut dire que la période radioactive est le temps à l’issue duquel le noyau de l’atome a 50 % de chances de s’être désintégré.

Qu'est ce que la radioactivité ?

Un noyau radioactif est un noyau instable qui va se désintégrer et ainsi se transformer en un autre noyau plus stable ou non.

Cette désintégration est un phénomène aléatoire, spontané et inéluctable ( qu'on ne peut empêcher).

La désintégration s'accompagne de l'émission d'une particule et d'un rayonnement électromagnétique.

Il existe trois types de radioactivités.

Comment produire de l'électricité ? Bien que controversées, les centrales nucléaires sont aujourd'hui le moyen le plus efficace pour nous fournir l'électricité nécessaire à notre vie et à notre développement.

Radioactivité bêta

La radioactivité bêta est un type de désintégration radioactive où une particule bêta (électron ou positron) est émise. On parle de radioactivité bêta + quand un positron est émis mais on parle de radioactivité – quand c’est un électron qui est émis

Radioactivité alpha

La radioactivité alpha est un rayonnement provoqué par une désintégration alpha qui est une désintégration radioactive où un noyau atomique éjecte une particule alpha qui se transforme en un autre noyau dont le nombre de masse est diminué de 4 et le numéro atomique de 2 à cause de la particule alpha manquante qui est analogue au noyau d’hélium 4

Radioactivité gamma

La radioactivité gamma est un rayonnement provoqué par une désintégration gamma. Le plu souvent, ces désintégrations accompagnent des désintégrations alpha ou bêta. En effet, quand il émet un rayon alpha ou bêta, le noyau devient excité. Lors de l’émission d’un rayonnement électromagnétique gamma, le noyau peut donc redescendre à un état plus stable

Diagramme de stabilité (N,Z)

Ce diagramme de N en fonction de Z. Chaque atome est représenté comme un point de coordonnées (Z,N).

La zone de stabilité correspond à la bissectrice, pour A < 50, cela signifie que N≈Z, l'atome est donc stable. Tous les noyaux stables appartiennent à la vallée de stabilité.

Les noyaux instables vont se désintégrer de façon à rejoindre la vallée de stabilité.

Les différents types de radioactivité

Les lois de conservation : lois de Soddy

Comment évoluent les molécules au cours d'une réaction ? Lors des réactions chimiques, il y a toujours conservation des masses. C'est le concept énoncé par Frederick Soddy, un radio chimiste britannique. C'est à lui que l'on doit la loi de conservation.

Au cours d'une transformation nucléaire il y a conservation de deux choses :

_ le nombre de charge Z

_ le nombre de masse A

Radioactivité α

Lors de la radioactivité α, la particule émise est un noyau d'hélium.

Les particules α sont peu pénétrants mais très ionisantes.

Radioactivité β-

La particule émise est un électron.

Les particules β- sont assez pénétrantes mais peuvent être arrêtées par quelques mètres d'aluminium.

Radioactivité β+

La particule émise est un positron ou positon. Il a la même masse que l'électron.

Emission γ

Au cours de certaine désintégration, les noyaux fixes sont produits dans un état excité, ils ont un trop plein d'énergie.

Pour e désexciter,ils vont émettre une radiation électromagnétique de très faible longueur d'onde.

Ils libèrent de la lumière. Ce rayonnement γ est dangereux car il est très pénétrant. Pour s'en protéger il y a le béton ou le plomb.

Isomère nucléaire

Cette notion est elle aussi importante à maîtriser. Deux isomères ne partageront pas la même décroissance radioactive. Il est donc important de rappeler ce qu'elle signifie. Des isomères nucléaires sont des atomes qui partagent le même noyau mais dans états énergétiques différents. C’est à dire qu’ils comportent un spin et une énergie d’excitation spéciaux. Dans leur état d’énergie le plus bas, on dit qu’ils atteignent l’état fondamental.

Transmutation

Parfois, quand le noyau de l'atome est instable et donc radioactif, il est sujet à des transmutations.

La transmutation est le phénomène physique selon lequel un élément se transforme de manière spontanée ou sous l’effet de collision avec un autre élément en un autre élément.

La notion d'activité

Comment faire pour qu'un élément ne soit plus radioactif ? La radioactivité d'un élément diminue avec le temps. Cependant, certains peuvent rester radioactifs des milliers d'années. Même si aucun atome n'est radioactif à vie, certains le sont pour toujours si l'on se place à l'échelle humaine.

La notion d'activité est étroitement liée avec la décroissance radioactive. En effet, l'activité est l'expression du nombre de désintégrations par secondes d'un atome composé d'un certain nombre de noyaux radioactifs. Cette grandeur s'exprime habituellement en becquerels de symbole Bq. On peut donc en déduire un taux de désintégration des noyaux atomiques. Cependant, l'utilisation de cette unité pose parfois des problèmes. En effet, le becquerel est une unité petite. Par exemple, un élément radioactif dont la durée de demie-vie est d'un million d'années,  une mole de cet élément aura une activité de 20 x 109 Bq.

Pour un échantillon de noyaux radioactifs, le temps de demi-vie est la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux présents à un instant t se soit désintégrée.

A titre d'information, il faut des millions de Becquerels pour que cela devienne dangereux pour l'Homme. Dans le cas où les radio isotopes sont dans un mélange, plus la demie-vie de celui-ci est courte et plus son activité massique sera forte.

Les réactions chimiques

Définition

Une transformation chimique est la transformation d'espèces chimiques appelées réactifs en d'autres espèces chimiques appelées produits. Cette transformation s'opère par un réarrangement des éléments chimiques.

Comment écrire une transformation ?

Les entités entrantes en réaction ( réactifs ) vont se casser par rupture de certaines liaisons et libérer des éléments chimiques ou groupes d'élément chimiques. Ces éléments ou groupes vont se combiner entre eux en formant de nouvelles liaisons donc de nouvelles espèces chimiques appelées produits. On peut dés lors écrire un schéma globale d'une transformation chimique : Attention ! Un changement d'état n'est pas une transformation chimique mais une transformation physique.

Energie libérée

Lors d'une réaction chimique, l'énergie a pour habitude de diminuer. En effet, la réaction et donc l'accrochage des atomes entre eux consomme de l'énergie. L'énergie consommée par les atomes s'appelle l'énergie de liaison. Cette énergie est créée lorsque deux atomes se combinent. Ils la libèrent alors. Pour que la réaction puisse avoir lieu, il faut que l'énergie au moment où les liaisons sont cassées et que les nouvelles ne sont pas encore créées ne soit pas trop importante. Cette barrière énergétique s'appelle l'énergie d'activation. Dans le cadre d'une réaction chimique à température et pression constantes, on peut mesurer l'énergie au sein de la réaction grâce à une fonction. Celle-ci s'appelle l'enthalpie et se note H. Pour tout système thermodynamique, il est défini une fonction d'état appelée enthalpie libre ou encore énergie de Gibbs. Cette fonction, notée G, est telle que G = H - TS avec :

  • H l'enthalpie en joules ;
  • T la température en kelvin ;
  • et S l'entropie en J.K-1.

Cette fonction d'enthalpie libre est une fonction d'état considérée comme indispensable pour l'étude des équilibres chimiques. En effet, cette fonction ne peut que décroître dans le cas d'une transformation à pression et température constantes selon le deuxième principe de la thermodynamique. Cela permet donc, dans le cas d'une réaction chimique effectuée à T et P constantes, d'avoir le signe de l'enthalpie libre de réaction qui indique le sens dans lequel se déplace l'équilibre chimique. Ainsi, lorsque l'enthalpie libre atteint un minimum et donc qu'elle ne varie plus, alors l'équilibre chimique est atteint.

 

Vous avez aimé l’article ?

Aucune information ? Sérieusement ?Ok, nous tacherons de faire mieux pour le prochainLa moyenne, ouf ! Pas mieux ?Merci. Posez vos questions dans les commentaires.Un plaisir de vous aider ! :) (3,50/ 5 pour 4 votes)
Loading...

Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.

Vous avez aimé
cette ressource ?

Bravo !

Téléchargez-là au format pdf en ajoutant simplement votre e-mail !

{{ downloadEmailSaved }}

Votre email est invalide