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من طرف I ) L'atome :
1) Modèle de l'atome (rappels) :
Un atome est constitué d'un noyau autour duquel gravitent des électrons.
Le noyau est constitué de particules appelées nucléons : neutrons et protons.
2) Caractéristiques d'un noyau d'atome :
La représentation symbolique du noyau d'un atome est : AZ X
X est le symbole de l'élément chimique.
* Z est le nombre de protons, appelé numéro atomique et aussi nombre de charge.
* A est le nombre de nucléons, aussi appelé nombre de masse
* N = A - Z est le nombre de neutrons .
3) Isotopes :
Des
noyaux sont appelés isotopes si ils ont le même nombre de protons Z
mais un nombre de neutrons N différent ( ou nombre de nucléons A).
Exemple : 3517Cl et 3717Cl sont des isotopes du chlore.
II ) Stabilité du noyau atomique :
1) Forces agissant dans le noyau : (rappels)
Dans
un noyau atomique, il existe des forces électrostatiques répulsives
entre les protons, des forces gravitationnelles attractives entre les
nucléons et des forces nucléaires attractives d'interaction forte à
courte portée (10-15m) entre les nucléons qui assurent la cohésion de certains noyaux.
2) Stabilité du noyau :
Sous
l'action des différentes forces en présence, certains noyaux sont
stables (ils ont une grande durée de vie) et d'autres sont instables
(ils se détruisent rapidement).
Parmi les 1500 noyaux connus, seuls 260 sont stables.
3) Vallée de stabilité des noyaux :
On
peut classer tous les noyaux connus dans un graphique appelé diagramme
de Segré, représentant le nombre de neutrons N en fonction du nombre de
protons Z .
On distingue 4 zones de couleurs différentes :
Une zone centrale rouge appelée vallée de stabilité est constituée des noyaux stables.
On note que pour Z < 30 les noyaux stables sont situés près de la première bissectrice, pour lesquels N = Z.
Une zone jaune où se situent des noyaux donnant lieu à une radioactivité de type α.
Ce sont des noyaux lourds ( A est grand).
Une zone bleue où se situent des noyaux donnant lieu à une radioactivité de type β -.
Ce sont des noyaux qui présentent un excès de neutrons par rapport aux noyaux stables de même nombre de masse A.
Une zone verte où se situent des noyaux donnant lieu à une radioactivité β +.
Ce
sont des noyaux qui présentent un excès de protons par rapport aux
noyaux stables de même nombre de masse A. Les forces électrostatiques
entre protons sont plus fortes que les forces nucléaires entre nucléons.
III ) Radioactivité (découverte par Henri Becquerel en 1896):
1) Définition :
Un
noyau radioactif est un noyau instable dont la désintégration
(destruction) provoque l'apparition d'un nouveau noyau, l'émission d'une
particule notée α, β- ou β+, et fréquemment l'émission d'un rayonnement électromagnétique noté γ .
La
radioactivité est une réaction dite nucléaire car elle concerne le
noyau de l'atome par opposition aux réactions chimiques qui ne
concernent que le cortège électronique sans modifier le noyau.
2) Propriétés de la désintégration :
La désintégration radioactive est aléatoire, on ne peut pas prévoir quand va se produire la désintégration d'un noyau .
Elle
est spontanée, elle se produit sans aucune intervention extérieure.
Elle ne dépend pas ni de son environnement chimique, de l'espèce
chimique qui contient le noyau radioactif ; ni des conditions
extérieures ( pression ou température).
3) Lois de conservation :
Lois de Soddy : Lors d'une désintégration nucléaire, il y a conservation du nombre de charge Z et du nombre de nucléons A
La
désintégration d'un noyau X (appelé noyau père) conduit à un noyau Y
(appelé noyau fils) et à l'expulsion d'une particule P (particule α ou
β).
L'équation de la désintégration s'écrit : AZ X → A1Z1Y + A2Z2 P
Les lois de conservation de Soddy s'écrivent:
* Loi de conservation du nombre de masse A : A = A1 + A2
* Loi de conservation du nombre de charges Z : Z = Z1 + Z2
4) Radioactivité α :
a) Définition :
Des noyaux sont dits radioactifs α s'ils émettent des noyaux d'hélium 42 He .
Le noyau de l'atome d'hélium porte deux charges positives. On ne les représente pas.
b) Equation de la réaction de désintégration α :
D'après les lois de conservation de Soddy, l'équation s'écrit : AZ X → A-4Z-2 Y + 42 He
La radioactivité α concernent les noyaux lourds ( A > 200 )
Ex : L'uranium 238 est un noyau radioactif α : 23892 U → 23490 Th + 42 He (noyau fils : thorium)
Le radon 222 est un noyau radioactif α : 22286 Rn → 21884 Po+ 42 He( noyau fils : polonium).
c) Caractéristiques de la particule α :
Ces
particules sont arrêtées par quelques centimètres d'air ou par une
feuille de papier, mais elles sont très ionisantes et donc dangereuses.
5) Radioactivité β - :
a) Définition :
Des noyaux sont dits radioactifs β - s'ils émettent des électrons 0- 1 e .
b) Equation de la réaction de désintégration. :
D'après les lois de conservation de Soddy l'équation s'écrit : AZ X →AZ+1 Y + 0- 1 e
Exemple : le cobalt 60 est un noyau radioactif β -.
Son équation de désintégration s'écrit : 6027 Co → 6028 Ni+ 0- 1 e
Remarque :
Il n'y a pas d'électron dans le noyau, mais le noyau peut en émettre en
transformant un neutron excédentaire en un électron et un proton
suivant le bilan :
10 n →11 p + 0- 1 e
Z augmente d'une unité et N diminue d'une unité, A reste constant.
c) Caractéristiques de la particule β - :
Les particules β - sont assez peu pénétrantes. Elles sont arrêtées par quelques millimètres d'aluminium.
6) Radioactivité β + :
a) Définition :
Des noyaux sont dits radioactifs β + s'ils émettent des positons 0+1 e
Ce sont des particules β+ portant une charge +e.
b) Equation de la désintégration :
D'après les lois de conservation de Soddy l'équation s'écrit : AZ X →AZ-1Y + 0+1 e
Exemple : le phosphore 30 est un noyau radioactif β + : 3015 P → 3014 Si + 0+1 e
Remarque :
Cette radioactivité ne concerne que des noyaux artificiels, obtenus par
des réactions nucléaires, qui possèdent trop de protons. Un proton
excédentaire se transforme en un positon et un neutron suivant le bilan :
11 p →10 n + 0+1 e
N augmente d'une unité et Z diminue d'une unité, A reste constant.
c) Caractéristiques de la particule β + :
Ces
particules ont une durée de vie très courte car lorsqu'elles
rencontrent un électron, les deux particules s'annihilent pour donner de
l'énergie sous forme d'un rayonnement électromagnétique γsuivant le
bilan : 0- 1 e + 0+1 e → γ
