Le modèle atomique est une représentation théorique de la structure de l'atome. Selon le modèle de Bohr, par exemple, l'atome est constitué d'un noyau central autour duquel gravitent des électrons sur des orbites définies. Ces électrons occupent des niveaux d'énergie quantifiés, ce qui signifie qu'ils peuvent uniquement exister dans des états d'énergie discrète.
Définition
Énergie
L'énergie est la capacité d'un système à produire un travail ou à provoquer un changement. Elle peut exister sous diverses formes, telles que l'énergie cinétique, potentielle, thermique, chimique, etc.
Matière
La matière est tout ce qui a une masse et occupe un volume dans l'espace. Elle est constituée de particules fondamentales telles que les atomes et les molécules.
1. Le modèle atomique
I. Structure atomique de la matière :
- Électron e- ; charge -, autour du noyau (m = 9,109.10-31kg)
- Neutron n° ; charge neutre, noyau (m = 1,675.10-27kg)
- Proton p+ ; charge +, noyau (m = 1,673.10-27)
- noyau 1015m
- atome 10-10m
Définition
L'atome
L'atome, qui constitue les molécules, est composé d'un noyau central contenant les nucléons, c'est à dire les protons et les neutrons, entouré d'un nuage d'électrons.
II. Numéro atomique Z & masse atomique relative Ar :
- Numéro atomique Z : le nombre de protons présents dans le noyau de l'atome.
- Masse atomique relative Ar : le nombre de nucléons présents dans le noyau de l'atome.
Pour calculer le nombre de neutrons dans le noyau : nbre n° = Ar - Z
III. Isotopes :
Définition
Isotope
Les isotopes sont des atomes qui ont le même numéro atomique Z, mais des nombres de passe Ar différents, dû à la présences d'un nombre différent de neutrons. Des isotopes ont toujours le même nombre de protons.
2. La radioactivité
Définition
La radioactivité
La radioactivité est la manifestation spontanée d'une réaction nucléaire dans laquelle un noyau radioactif instable se désintègre en un(des) noyau(x) fils, et émet une particule.
La radioactivité est dite naturelle si les noyaux instables existent dans la nature ; elle est dite artificielle lorsqu'ils sont créés en laboratoire.
I. Activité d'une source radioactive A :
Définition
L'activité A
Un noyau est dit instable quand il se désintègre au cours du temps en un isotope stable. La stabilité des isotopes varie en fonction du nombre de neutrons présents dans l'élément.
L'activité A d'une source radioactive est le nombre de désintégrations de noyaux radioactifs qui se produisent par seconde. Elle varie en fonction du nombre d'éléments présents. Son unité est le becquerel Bq, le nombre de désintégration par seconde.
Le temps de demi-vie
Le temps de demi-vie t1/2 est le temps mis par une substance pou perdre la moitié de son activité, ou le temps au cours duquel la quantité des noyaux radioactifs diminue de moitié.
II. Désintégrations nucléaires :
Désintégration α (alpha) : émission d’un noyau d’hélium 42He
- α AZX -> 42He + A-4Z-2Y
Pénétration très faible dans l'air. Une feuille de papier est suffisante pour l'arrêter.
Désintégration β- (bêta) : émission d’un électron 0-1e
- β- AZX -> 0-1e + AZ+1Y
Pénétration faible : parcourt quelques mètres dans l'air. Une feuille d'aluminium pour l'arrêter.
Désintégration β+ (bêta) : émission d’un électron 0+1e
- β+ : AZX -> 0+1e + AZ-1Y
Pénétration très grande : parcourt plusieurs centaines de mètres dans l'air. Une forte épaisseur de béton ou de plomb pour l'arrêter
Désintégration γ (gamma) : émission d’un rayonnement
électromagnétique
- γ AZX -> AZX + rayonnement
III. Dangerosité des sources radioactives :
- Le rayonnement α a un faible pouvoir pénétrant, mais il modifie
fortement les particules qu’il rencontre. Il est arrêté facilement.
- Le rayonnement β, chargé électriquement, a un pouvoir pénétrant moyen,
possède plus d’énergie et est arrêté moins facilement.
- Le rayonnement γ , composé de photons de haute énergie, a un fort pouvoir
pénétrant mais il modifie moins les particules qu’il rencontre. Il est arrêté
difficilement.
3. La physique nucléaire
I. Fission nucléaire :
Définition
La fission
On parle de fission nucléaire lorsqu’un noyau atomique, rendu
instable par l’ajout d’un neutron, se casse pour former des noyaux plus petits
et un(des) neutron(s), en libérant de l’énergie.
Exemple : l’équation nucléaire de la fission de l’uranium 235
23592U + 10n -> 9438Sr + 14054Xe + 210n
II. Fusion nucléaire :
Définition
La fusion
On parle de fusion nucléaire lorsque des noyaux atomiques
s’unissent pour former un noyau plus grand et un(des) neutron(s), en libérant
de l’énergie.
III. Défaut de masse
Définition
Défaut de masse
Il y a défaut de masse m quand la masse d’un noyau atomique
est inférieur à la masse des nucléons qui le constituent.
Pour rappel, la masse d’un atome peut s’exprimer en kg ou en unité de masse
atomique (u.m.a), avec: 1 u.m.a. = 1,66.10(-27)kg
IIII. Équivalence masse-énergie
Les réactions nucléaires (spontanées, fission ou fusion) s’accompagnent
d’une perte de masse (défaut de masse) et d’une libération d’énergie donnée par
la relation d’équivalence masse-énergie:
E =🔺m . C2 ; E = énergie (J) / 🔺m = défaut de masse (kg) / C = vitesse de la lumière 3.108 m/s
L’énergie peut aussi s’exprimer en électronvolt (eV), qui est l’énergie acquise
par un électron accéléré depuis le repos par une différence de potentiel
(tension) d’1V. Pour information, 1eV = 1, 6.10-19J
A retenir :
Équivalence masse-énergie ;
- Écrire l'équation 1uma = 1,66.10-27kg
- Équilibrer l'équation C = 3.108
- Calculer mR et mp Na = 6.1023
- Calculer 🔺m => 🔺m = mR - mp
- Calculer 🔺m en kg => 1uma = 1,66.10-27kg
- Calculer l'énergie => E = 🔺m . C2
- Calculer l'énergie pour 1 mol => Em = E . Na
A retenir :
Dans une réaction nucléaire, les nucléons sont égaux de chaque coté.
Lors d'une réaction nucléaire, il y a toujours conservation de la charge électrique et du nombre de nucléons.
A retenir :
- Becquerel (Bq): l’activité (=nombre de désintégrations par seconde) d’une substance
radioactive.
- Gray (Gy): la dose (=quantité de rayonnements ionisants) absorbée par un
organisme vivant ou un objet.
- Sievert (Sv): l’impact (=effet) des rayonnements ionisants sur un organisme
vivant.
