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
1
; 10 ; −10 ; 01 ; 00
20
A
Isobare
exemple
14
6
14
7
identique
Isotope
Isomère
Z
identique
identique
identique
Masse et
stabilité
différente
Etat d’énergie
différent
12
6
14
6
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
3
3
2
1
1
1
0
1
3
2
4
2
2
1
3
1
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 : 126
→ 20<Z<83 : N>Z ex 56
26
→ 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
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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
→   =  = ( + ( − )) − ()
→ 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
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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  =
1

→ 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…
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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
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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
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