structure noyau l1s2

STRUCTURE DU NOYAU
ATOMIQUE
Pr. S.SECK
– GASSAMA
INTRODUCTION
Un atome est un ensemble électriquement
neutre avec en son centre un noyau autour
duquel gravitent des électrons.
STRUCTURE
Mise en évidence :
expérience de Rutherford : Bombardement
d’une feuille d’or avec des noyaux d’hélium
STRUCTURE
Interprétation
:
structure lacunaire de l’atome
Présence de charges positives
STRUCTURE
Caractéristiques
Forme sphérique
Volume incompressible: 4/3pr 3
r = 1,4 fermi (10 -15 m)
 = m = m nucleons =
V
4/3pr 3
1,67 10 – 27
4/3p (1,4 10 -15 ) 3
 = 230 10 15 Kg / m 3
230 millions tonnes / cm 3
STRUCTURE
Constitution
Les nucléons : protons et neutrons
Sont des particules lourdes (les baryons)
ne sont pas des particules élémentaires,
toujours constitués de 3 quarks
Neutron : 2 quarks down et 1 quark up
Proton : 2 quarks up et 1 quark down
A nucléons
symbole
Z proton(s)
H+
1p
N neutron(s)
1n
n
1
0
masse
1,673 10-27 kg
1,007276 uma
938,3 Mev / c²
charge
+ 1,6 10-19 C
Stabilité hors
noyau
Stable
1p
1n + 0 e + 0 
Instable T = 12,8 ‘
1n
1p + 0 e + 0 
+1
1
nombre
0
+1
1,675 10-27 kg
1.008665 uma
939,8 Mev /c²
0
0
+1
-1
0
Z : n° atomique ou nb de charge : caractérise
l’élément
A : nombre de masse ou nb de nucléons
A=N+Z
ARRANGEMENT DES NUCLEONS
AU SEIN DU NOYAU
Modèles nucléaires
1- Modèle de la goutte liquide
Incompressibilité
Cinétique des nucléons
Propriétés dynamiques des noyaux et réactions
nucléaires (fission spontanée, radioactivité
alpha
ARRANGEMENT DES NUCLEONS
AU SEIN DU NOYAU
2- Modèle en couches
Niveaux d’énergie
Configurations stables (nombres magiques :
2,4,8,16,20,28,50,36,126)
Stabilité des noyaux
3- Modèle collectif
Partie centrale : modèle de la goutte liquide
Partie périphérique : modèle en couche
ARRANGEMENT DES NUCLEONS
AU SEIN DU NOYAU
Forces nucléaires
1- Interaction gravitationnelle : négligeable
F = g M m
d2
Interaction forte
attractive
Rayon d’action : 10 -15m
S’exerce entre tous les nucléons (n-n, p-p, n-p)
Particules messagères : gluons
Responsable de la cohésion atomique
ARRANGEMENT DES NUCLEONS
AU SEIN DU NOYAU
2- Interaction faible
 Très court rayon d’action
 Entre tous les nucléons (n-n, n-p, p-p)
 Particules messagères : bosons
 Responsable de l’incompressibilité de la matière
nucléaire
 Responsable de la radioactivité béta
ARRANGEMENT DES NUCLEONS
AU SEIN DU NOYAU
3- Interaction électromagnétique coulombienne
F = q q’
d2
Répulsives
Rayon d’action > 1,2 fermi
S’exerce entre particules chargées (p-p)
Particules messagères : photons
Facteur d’instabilité nucléaire
NOMENCLATURE
Représentation symbolique
Différents nuclides
Isotopes
Z ≡, A et N ≠
Même nom chimique
Propriétés
physiques différentes
1
2
3
 1H, 1 H, 1H
Isobares
A ≡, Z et N ≠
ex : 14C et 14 N
6
7
NOMENCLATURE
Isotones
N ≡, A et Z ≠
ex : 14C et 16 O
6
8
Isomères
Z, A, N ≡, Energie interne ≠
ex : 99mTc isomère métastable du
43
99 Tc
43
NOMENCLATURE
Nouvelle nomenclature (IUPAC) :
Union internationale de chimie pure appliquée
0 : Nil 4 : Quad
8 : 0ct
1 : Un 5 : Pent
9 : Enn
2 : Bi 6 :Hex
3 : Tri 7 : sept
ex : elt 104 : unnilquadium
+ ium
DIAGRAMME PROTONS -NEUTRONS
Représentation de la
composition des noyaux
Isotopes sur les verticales
Isotones sur les
horizontales
Isobares sur les
perpendiculaires à la
bissectrice
ASPECT ENERGETIQUE
Défaut de masse :
Masse du noyau < somme des masse de ses
nucléons :
m = (Z mp + N mn ) – M(A,Z)
Ce défaut de masse correspond à la
transformation d’une partie de la masse des
nucléons en énergie de liaison des nucléons
suivant la relation d’Einstein E = mc 2
ASPECT ENERGETIQUE
Energie de liaison (L)
mc 2 = L = (Z mp + N mn)c 2 – M (A,Z)c 2
 L + M (A,Z)c 2
=
(Z mp + N mn)c 2
L + E interne = E des nucléons à l’état
dispersé
L’energie de liaison s’ajoute à l’énergie interne
La somme (L + E interne) est égale à l’énergie
des nucléons à l’état dispersé
ASPECT ENERGETIQUE
Variation de l’énergie de liaison par nucléon
en fonction du nombre de nucléons
Conservation de l’énergie totale E = Mc 2 + L
ASPECT ENERGETIQUE
Caractère exoénergétique de
la fission :
ASPECT ENERGETIQUE
Caractère exoénergétique de la fusion