II. Stabilité et instabilité des noyaux.
1. Composition d’un noyau atomique (rappel de la classe de seconde) Représentation symbolique du noyau AZX
Exemple : le noyau d’hélium 4 a pour représentation symbolique 42He
Il est constitué de 4 nucléons (A) : 2 protons (Z) et 2 neutrons (A – Z) Question discussion réponse :
1. Quelles sont les compositions des noyaux suivants : 146C et 22288Ra Réponses : 146C : 6 protons et 8 neutrons
222Ra
88 : 88 protons et 134 neutrons
2. Quelle est la représentation symbolique du noyau constitué de 92 protons et de 146 neutrons ?
Classification périodique (source : académie de Toulouse) :
Réponse : il s’agit du noyau d’uranium de représentation symbolique 23892U 2. Isotopie.
Le carbone 14 et le carbone 12 sont des isotopes.
Question discussion réponse : Proposer une définition des isotopes Réponse :
Des isotopes sont des noyaux qui ont le même nombre de charges Z, mais des nombres de nucléons différents.
(C’est à dire un nombre de neutrons différents).
Autres exemples : les noyaux 22288Ra et 22688Ra sont des isotopes.
3. Domaines de stabilité et d’instabilité des noyaux : Etude du diagramme (N, Z).
3.1 Pourquoi certains noyaux sont-ils instables ?
La stabilité des noyaux résulte de la compétition entre deux interactions : - L’interaction forte :
→ attractive
→ intense à courte distance
→ active sur les noyaux tels que N = Z - L’interaction coulombienne (électrique) :
→ répulsive
→ agit à plus longue distance
→ dix fois moins active que l’interaction forte
Lorsque A augmente, l’interaction coulombienne, bien que moins intense finit par l’emporter sur l’interaction forte.
Les forces répulsives sont ainsi plus intenses : il y a désintégration du noyau.
3.2. Etude du diagramme (N, Z).
On peut utiliser le logiciel NZ pour illustrer cette partie.
Téléchargement gratuit sur : http://catice.ac-
besancon.fr/sciences_physiques/FTP/TS /radioactivite/NZInstall.zip
On distingue 4 domaines différentes :
- Le domaine en noir représente les éléments chimiques stables (vallée de la stabilité) On constate que pour des noyaux légers (A < 20) les noyaux stables sont sur la bissectrice.
Au delà (A > 20), les noyaux stables s’écartent de cette bissectrice. Ils sont besoin de plus de neutrons que de protons pour rester stables.
- Le domaine en bleu représente les noyaux instables ayant un excès de neutrons - Le domaine en orange représente les noyaux instables ayant un excès de protons - Le domaine en jaune représente les noyaux instables ayant un excès de masse
Question discussion réponse : Sachant que :
- Un neutron 10 peut se transformer en proton et émettre un électron - selon le mécanisme élémentaire suivant :
n 11p 01e
e p n 11 -01
1
0 → +
- Une particule « lourde » 42Hepeut être émise.
- Une particule 01e peut être émise.
Attribuer à chaque domaine, le type d’émission de particule pouvant être émise afin que les noyaux instables deviennent plus stables.
Réponse :
- Les noyaux du domaine en bleu possède un excès de neutrons alors ils vont émettre un électron (électron)
0e
1 -
- Les noyaux du domaine en orange possède un excès de protons alors ils vont émettre une particule (positon). 01e
- Les noyaux du domaine en jaune possède un excès de masse alors ils vont émettre une particule
4He
2 (noyau d’hélium).