Stabilité de la matière nucléaire et atomique
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Chapitre 5 – Stabilité de la matière nucléaire et atomique – Les mécanismes et les échelles de cohésion de la matière I) Structure de la matière – Rappels 1) Structure de la matière atomique 2) Propriétés physiques de l'atome (rappels) • On peut décrire et résumer la composition d'un atome grâce à son écriture symbolique : avec : A : nombre de nucléons (protons ET neutrons confondus, dans le noyau) Z : numéro atomique (nombre de protons = nombre d'électrons, car l'atome est électriquement neutre ...) • La charge globale de l'atome est ................., même si celles de ses particules ne le sont pas forcément et jusqu'ici exprimée comme égale à +/- 1 est en fait égale à +/- e, e se définissant comme la charge du proton, celle de l'électron étant son opposée : elle est appelée charge élémentaire (en quelque sorte l'étalon de charge, comme le mètre l'est pour les longueurs) e = 1,602 .10-19 C • Remarque : La masse de l'électron est environ .................... fois plus faible que celle des nucléons, donc prend une part négligeable dans celle de l'atome et donc, on peut réduire la masse de l'atome à celle dde ses nucléons (donc du noyau). 3) La matière aux différentes échelles de l'univers (rappels) • L'univers matériel est l'ensemble des particules de matière, libres ou assemblées, organisées à grande échelle, alternativement comme une succession de regroupements de matière et d'espaces vides, la matière n'occupant qu'une infime fraction du volume total de l'univers. 1ere S • On retrouve la matière, dans l'ordre croissant des échelles suivantes : 4) Isotopes et stabilité des éléments chimiques • Voir AD "Composition de cohésion de la matière à l'échelle atomique (partie 1)" • 1ere S Le diagramme ci-dessus s'appelle "diagramme de stabilité" et montre une "................." de stabilité pour les éléments chimiques .................... (de durée de vie quasi ................... > ........... s). • – – – – – • Informations exploitables fournies par le diagramme : Le diagramme montre le tracé d'un ensemble de points : ...... = f (.......) Le diagramme montre aussi la droite de référence : ....................... qui correspond donc aux éléments qui possèdent autant de ...................... que de ....................... dans le noyau. Les éléments ..................... (dans la "vallée"), possèdent donc plus de ...................... que de ....................... dans le noyau. Les éléments instables (de durée d'existence beaucoup plus ..................) possèdent donc, pour un nombre de Protons (Z) fixé, soit pas .................. de ...................., soit .............. ! Le diagramme montre qu'au delà de Z = ............., l'instabilité augmente, car la durée de vie de ces éléments est largement ......................... : ce sont les éléments dits .................................. La question se pose donc de savoir ce qui est à la source de cette condition de stabilité pour les éléments chimiques ... II) "Briques de matière" et interactions fondamentales de la matière 1) Briques élémentaires de la matière (présentation non exigible) • Voir "TP/TD n°9 : Particules élémentaires et interactions fondamentales" 2) Qu'est ce qu'une interaction en physique fondamentale ? • On a déjà entrevu ce terme d'interaction lors de l'étude de la force gravitationnelle (2nde) : cette force s'exerce d'un corps sur un autre et ................................, ce qui se traduit par le schéma suivant : A retenir ! Interaction fondamentale : une interaction au niveau fondamental est également une action .......................... qui implique au moins ......... corps appelés ............................ élémentaires, qui est réalisée par l'échange de .............. (particules d'échange). a) Les Interactions fondamentales • On appelle interactions fondamentales celles qui régissent tous les phénomènes physiques, chimiques ou biologiques, indépendamment les uns des autres ou alors simultanément : 1ere S Nom de l'interaction Domaine d'application dans l'espace Phénomènes physiques liés Intensité relative de l'interaction Gravitationnelle ............................... Mécanique céleste, chute des corps, mouvements à l'échelle macroscopique 1 Electromagnétique ............................... Electricité, ondes lumineuses, chaleur, réactions chimiques ... .......... Forte ............................... Cohésion des nucléons, cohésion du noyau .......... Faible ............................... Radioactivité naturelle, β+/β- .......... • Remarque : La comparaison d'intensité doit être faite par rapport aux mêmes situations, donc mêmes .......................... situées à la même ......................... les unes des autres ... • On rappelle les ordres de grandeurs et les sous ou sur-unités du mètre en détaillant l'interaction prépondérante (celle qui l'emporte sur les autres) en fonction de ces échelles ... : 1ere S Ordre de grandeur Appelation entité physique de dimension ... 10-18 m Pas de nom Distance inter quarks ... 10-15 m Femto (fm) Noyau atomique 10-12 m Pico (pm) Rayon atomique (dépend de Z) -9 10 m Nano (nm) Hélice d'ADN de cellule ... -6 10 m Micro (µm) Cellules, bactéries, virus ... 10-3 m Milli (mm) Grain de riz, petits insectes ... 100 m (m) Objets usuels 103 m Kilo (km) Collines, montagnes ... 106 m Mega (Mm) Diamètre terrestre ... 9 10 m Giga (Gm) Distance Terre Lune 12 10 m Terra (Tm) Distance Soleil Neptune 1015 m Peta (Pm) ... 1018 m Exa (Em) Distance interstellaire 1021 m Zetta (Zm) Rayon des galaxies 1024 m Yotta (Ym) Taille des amas de galaxies Interaction prépondérante
