Le noyau I - Les nucléides
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Le noyau I - Les nucléides 1 - La nomenclature et la chartre des nucléotides Z: Nombre atomique Nombre de protons et d’électrons Propriétés chimiques Numéro dans la classification périodique Nom de l’élément chimique A: Nombre de masse Nombre de nucléons (protons + neutrons) La masse molaire approximativement N: Nombre de neutrons : A-Z Par extension 1 1𝑝 ; 10𝑛 ; −10𝑒 ; 01𝑒 ; 00𝛾 20 A Isobare exemple 14 6𝐶 14 7𝑁 identique Isotope Isomère Z identique identique identique Masse et stabilité différente Etat d’énergie différent 12 6𝐶 14 6𝐶 Définition légale du nuclide (nucléide) : journal officiel du 12 octobre 1986 « Espèce atomique définie par son nombre de masse, son numéro atomique et son état énergétique et nucléaire » Remarque : Ne jamais utilisé cette définition Pourquoi une définition officielle ? car la radioprotection est basée sur la loi. Importance de la notion d’isotopes en biologie : les notions de traceurs → Traceur radioactif : molécule identique ou proche d’une molécule naturelle pouvant être détecté en raison de son marquage par un isotope radioactif : Molécule de glucose naturelle Glucose marquée à l’oxygène 15. → Métabolisme du traceur identique à celui du glucose naturel. 21 → Le flurodésoxyglucose, métabolisme proche de celui du glucose naturel. L’origine des nucléides 90 naturels Z ≤92 2 artificiels (technétium...) 109 éléments 17 artificiels (nombre pouvant évoluer) 200 stables 340 naturels 140 instables 1440 nucléides 1100 artificiels instables La chartre des nucléides « La chartre des nucléides est aux nucléides ce qu’est le tableau de Mendeleïev en est aux éléments atomiques » 22 → Le tableau de Mendeleïev Z 6 3𝐿𝑖 3 2 1 1𝐻 1 0 1 3 2𝐻𝑒 4 2𝐻𝑒 2 1𝐻 3 1𝐻 2 3 N → Les éléments sur une même ligne sont isotopes La stabilité des nucléides → Les nucléides stables sont ceux qui n’évolue pas spontanément/ne sont pas radioactifs La zone de stabilité des nucléides →Z< 20 : N ≈ Z ex : 126𝐶 → 20<Z<83 : N>Z ex 56 26𝐹𝐸 → Z>83, atomes tous instables 23 Interprétation → Les forces électrostatiques répulsives sont intenses Proton Neutron Neutron Proton → Distance au sein du noyau sont très faible donc les forces coulombienne ont tendance à faire exploser le noyau mais grâce au force attractive, cela ne se fait pas. Donc plus il y a de protons plus la force coulombienne est grande et plus le noyau est instable. → Les forces nucléaires sont les forces s’exerçant entre les nucléons. → On peut aussi en déduire que plus il y a de protons, plus il y a de neutrons permettant augmentant ainsi les forces nucléaires. Les 4 forces (ou interactions) dans la nature Interaction Particule conservée Interaction forte Nucléons Interaction faibles Nucléons Force électromagnétiques Particule chargée Force gravitationnelle Particules ayant une masse 24 II - L’énergie de liaison dans un noyau El Zp + (A-Z)n Zp + (A-Z)n El → Energie de liaison est l’énergie nécessaire pour constituer un noyau Le défaut de masse dans le noyau →Zmp+(A-Z)mn inf M(azX) → La masse ne se conserve pas →𝑑𝑒𝑓𝑎𝑢𝑡 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒 = 𝑑𝑒𝑙𝑡𝑎𝑀 = (𝑍𝑚𝑝 + (𝐴 − 𝑍)𝑚𝑛) − 𝑀(𝑎𝑧𝑋) → Quand un noyau se forme de la masse disparaît Relation entre le défaut de masse et l’énergie de liaison → L’énergie de liaison est proportionnelle au défaut de masse → El=Δmc² qui est un cas particulier de la relation E=mc² → La masse est une forme particulière de l’énergie → Dans certaines circonstances, la masse se transforme en énergie et réciproquement 25 L’unité de masse atomique → uma = unité de masse adaptée aux phénomènes nucléaires, environ la masse d’un nucléon. → 1 uma = représente le douzième de la masse d’un atome de carbone12 → Remarque : il existe une étroite relation entre la définition de l’uma et celle du nombre d’AVOGADRO : N = nombre d’atomes dans 12 g de carbone 12 = 6.02.1023 → 1 𝑢𝑚𝑎 = 1 𝑁𝑔 → E= mc² E(J) = 1.66.10-24g m(kg) mp = 1.0073 uma mn= 1.0087 uma c²(m/s) → E(MeV)=m(uma).931.48 →El=Δmc² → EL(MeV)=Δm(uma).931.48 (c’est la manière de mesurer l’E de liaison) Relation entre masse molaire et nombre de masse → Une mole = N atomes ou molécules → masse molaire = masse d’une mole → A= nombre de masse= nombre de nucléons → A ≈ masse molaire → F 100¨% de 19Fe → M= 18,992403 → La différence vient de la masse du proton, neutrons, du défaut de masse… 26 Valeur expérimentale de l’énergie de liaison nucléaire → Pour petit noyau : Montée irrégulière Pic pour les atomes multiples de 4 Les particules α sont très stables Interprétation : préformation des particules α dans le noyau. → Pour noyau moyen : Maximum de stabilité →Pour noyaux lourd : De moins en moins stables. → Ce sont les noyaux moyens les plus stables. Evolution de la notion de conservation de la masse 27 Alchimie, pensée magique… Recherche de la pierre philosophale Lavoisier XVIIIème siècle Création de la chimie moderne Conservation de la masse (et des éléments chimiques) lors d’une réaction Oui en théorie les masses ne conservent pas mais en pratique les masses qui disparaissent sont trop petites pour être mesurées. Einstein XXème siècle, physique moderne : Quand apparaît de l’énergie, de la masse disparaît → La théorie classique est une approximation pour les énergie faibles, comme la mécanique Newtonienne valable pour les énergies faibles. Les différents domaines d’énergie dans la matière Energie Force Ordre de grandeur 107103 eV Distance (m) Nucléaire 10-5 Atomique Interaction forte et faible Electromagnétique 10,105eV Moléculaire Electromagnétique 1 eV 10-19 Intermoléculaire Electromagnétique 10-1eV Vibration moléculaire Rotation moléculaire Mesure cinétique 10-2eV Mesure cinétique 10-3eV 10-10 28
