Noyau de l’atome et radioactivité

1. Noyau de l’atome et radioactivité R-C-Appert-07

2. Comprendre le noyau Le modèle de l'atome de Rutherford En 1909, la structure de l'atome reste dans le domaine des hypothèses. Le physicien Britannique Ernest Rutherford (1871-1937) réalise une expérience décisive. R-C-Appert-07

3. En 1910, il compare l'atome avec le système solaire ; l'atome est constitué d'un noyau autour duquel gravitent les électrons. Le noyau est 104 à 105 fois plus petit que l'atome. L’atome, constitué de beaucoup de vide est électriquement neutre. R-C-Appert-07

4. 1919:Rutherford identifie le proton, une particule de charge exactement opposée à celle de l’électron, mais environ 2000 fois plus lourde. Rutherford et le neutron (1920) Peu après, il suggère l’existence d’une nouvelle particule, le neutron R-C-Appert-07

5. 1932:Chadwick (l’élève de Rutherford) confirme l’existence du neutron : il établit qu’un nouveau typede “radiation”, capable de traverser 20 cm de plomb était composé de particules neutres dont la masse valait 1.0067 fois celle du proton R-C-Appert-07

6. Remarque : Autour du noyau circulent les électrons Thomson en 1897 découvre l’électron R-C-Appert-07

7. Atome et élément chimique L’ identité chimique d’un atome est déterminée uniquement par Z son nombre de protons La valeur de Z définit l’élément chimique, auquel on associe symbole et nom R-C-Appert-07

8. Tableau Périodique (Mendeleiev, 1869) (Halogènes) Métaux alcalino-terreux Metaux de Transition Gaz rares Metaux alcalins R-C-Appert-07 —: solide—: liquide—: gaz—:synthétisé

9. Nucléides et isotopes Z est le même pour le carbone-12, le carbone-11 et le carbone-14 A = nombre de protons + nombre de neutrons Nucléide : Tout noyau défini par une valeur de A et une valeur de Z, représenté parAZX Isotopes:nucléides qui ont le même nombre de protons mais des nombres differents de neutrons Isotopes du carbone : “Carbone-14” : 6 Protons - 8 Neutrons (+6électrons dans l’atome) “Carbone-11” : 6 Protons - 5 Neutrons (+6électrons dans l’atome) Que dire de ? R-C-Appert-07

10. p+ e- p+ p+ n n n e- e- Isotopes de l’hydrogène Hydrogene (1H) Deutérium (2H) Tritium (3H) Z= 1 et A= 3 Radioactif Z= 1 et A= 1 Z= 1 et A= 2 R-C-Appert-07

11. Un nouveau phénomène... 1896:Henri Becquereldécouvre accidentellement lerayonnement émis par l’uranium Marie Curie reprend l’étude des radiations émises par l’ uranium, rapidement rejointe par son mari, Pierre Curie Marie and Pierre Curie dedient leurs vies à l’étude de la radioactivité et de ses potentielles applications en medecine (radiologie) 1903:Pet M Curie ainsi que H. Becquerel reçoivent le prix Nobel de Physique 1911:Marie Curie reçoit le prix Nobel en Chimie R-C-Appert-07

12. Radioactivité Terme utilisé par Marie Curie pour décrire le mystérieux effet del’uranium Rien à voir avec les émissions d’ondes “radio” ! car en unique provenance du noyau atomique... • Certains noyaux sont très instables, et se “désintègrent” tout seuls au cours du temps • Pendant cette désintégration, ils émettent des rayonnements de très haute énergie (et très dangereux) • Les nucléides instables ont une durée de vie spécifique, appelée: “Demi – vie” ou “période” • Durée au bout de laquelle la moitié des noyaux initiaux se sont désintégrés spontanément. R-C-Appert-07

13. Désintégration Alpha Les noyaux trop “lourds”...  ...Produisent spontanément des particules alpha pour se stabiliser ( noyau He ) Noyau père: Seaborgium Noyau fils: Rutherfordium + alpha Rutherford avait obtenu le prix Nobel en 1908 pour cette découverte (avant de découvrir le noyau!) R-C-Appert-07

14. Désintégration Beta moins • Cette forme de radioactivité concerne les isotopes instables pour lesquels le nombre de neutrons est trop grand par rapport à celui des protons. • Transformation spontanée mais imprévisible d’un neutron en proton, avec production d’électrons Père : Carbone Fils : azote (+ électron + antineutrino) R-C-Appert-07

15. Désintégration Beta Plus Cette forme de radioactivité concerne les isotopes instables pour lesquels le nombre de protons est trop grand par rapport à celui des neutrons  Transformation spontanée mais imprévisible d’un proton en neutron, avec production de positons ( antielectrons) Père : Fluor Fils : Oxygène (+ positon + neutrino) R-C-Appert-07

16. Rayonnement Gamma Ce rayonnement électromagnétique survient chaque fois que l’énergie du noyau est trop élevée Un rayonnement électromagnétique gamma (photon de haute énergie) est émise par le noyau Père: Dysprosium Fils : identique au père Les rayonnements les plus dangereux ! R-C-Appert-07

17. …Vallée de stabilité R-C-Appert-07

18. Récapitulation des types de désintégrations… A quelles lois physiques se plient ces désintégrations? R-C-Appert-07

19. Quand le nombre de neutrons est plus grand que celui des protons (Z<N), les noyaux cherchent spontanément à se stabiliser en augmentant Z et en diminuant N. R-C-Appert-07

20. Quand le nombre de protons est plus grand que celui des neutrons (N < Z), le noyau cherche spontanément à se stabiliser en augmentant N et en diminuant Z. R-C-Appert-07

21. Les éléments "lourds" de numéro atomique Z > 83 modifient spontanément leur nombre de protons et de neutrons simultanément par émission de particules (noyaux d'Hélium 4 ). R-C-Appert-07

22. R-C-Appert-07