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Noyau de Noyau de l’atome l’atome

et radioactivitéet radioactivité

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Comprendre le noyauComprendre 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.

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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.

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• 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

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1932: Chadwick (l’élève de

Rutherford) confirme l’existence du neutron : il

établit qu’un nouveau type de “radiation”,

capable de traverser 20 cm de plomb était composé de particules neutres dont la masse valait 1.0067 fois celle du proton

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Remarque : Autour du noyau circulent les

électrons

Thomson en 1897 découvre

l’électron

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Atome et élément Atome et élément chimiquechimique

L’ identité chimique d’un

atome est déterminée uniquement

par

ZZson nombre son nombre de protonsde protons

La valeur de Z définitLa valeur de Z définit l’élément chimique, l’élément chimique, auquel on associeauquel on associe symbole et nom symbole et nom

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—: solide —: liquide —: gaz ——:: synthétisé

Métaux alcalino-terreux

Metaux alcalins

Gaz rares

(Halogènes)

Tableau Périodique Tableau Périodique (Mendeleiev, 1869)(Mendeleiev, 1869)

Metaux de Transition

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Isotopes du carbone : “Carbone-14” : 6 Protons - 8 Neutrons (+6électrons dans

l’atome)“Carbone-11” : 6 Protons - 5 Neutrons (+6électrons dans l’atome)

Nucléide : Tout noyau défini par une Tout noyau défini par une valeur de A et valeur de A et une valeur de Z, une valeur de Z, représenté parreprésenté par AAZZXX

Isotopes: nucléides qui ont le même nombre nucléides qui ont le même nombre de de protons mais des nombres protons mais des nombres differents de differents de neutrons neutrons

Que dire de ? O188

Nucléides et Nucléides et isotopesisotopesZ est le même pour le carbone-12, le carbone-11 et le

carbone-14A = nombre de protons + nombre de neutrons

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e-

np+p+

e- e-

nn

p+

Hydrogene (1H)

Deutérium (2H)

Tritium (3H)

Z= 1 et A= 1

Z= 1 et A= 2

Z= 1 et A= 3

Radioactif

Isotopes de l’hydrogèneIsotopes de l’hydrogène

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Un nouveau Un nouveau phénomène...phénomène...

1896: Henri BecquerelHenri Becquerel découvre accidentellement le rayonnement émis par l’uranium

Marie CurieMarie Curie reprend l’étude des radiations émises par l’ uranium, rapidement rejointe par son mari, Pierre Pierre CurieCurie

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

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RadioactivitéRadioactivité

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.

Terme utilisé par Marie Curie pour décrire le mystérieux effet de l’uranium

Rien à voir avec les émissions d’ondes “radio” !car en unique provenance du noyau atomique...

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Désintégration AlphaDésintégration 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!)

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Désintégration Beta Désintégration Beta moinsmoins

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)

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Père : Fluor Fils : Oxygène (+ positon + neutrino)

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)

Désintégration Beta Désintégration Beta PlusPlus

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Rayonnement GammaRayonnement 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 !

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…

Vallée Vallée de de

stabilitstabilitéé

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Récapitulation des types de désintégrations…

A quelles lois physiquesse plient ces

désintégrations?

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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.

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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.

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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 ).

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