Stabilité de la matière nucléaire et atomique

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.
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•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)"
•Le diagramme ci-dessus s'appelle "diagramme de stabilité" et montre une "................." de
stabilité pour les éléments chimiques .................... (de durée de vie quasi ................... > ........... s).
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•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 :
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- ..........
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•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 ... :
Ordre de
grandeur
Appelation entité physique de dimension ... Interaction
prépondérante
10-18 mPas de nom Distance inter quarks ...
10-15 mFemto (fm) Noyau atomique
10-12 mPico (pm) Rayon atomique (dépend de Z)
10-9 mNano (nm) Hélice d'ADN de cellule ...
10-6 mMicro (µm) Cellules, bactéries, virus ...
10-3 mMilli (mm) Grain de riz, petits insectes ...
100 m(m) Objets usuels
103 mKilo (km) Collines, montagnes ...
106 mMega (Mm) Diamètre terrestre ...
109 mGiga (Gm) Distance Terre Lune
1012 mTerra (Tm) Distance Soleil Neptune
1015 mPeta (Pm) ...
1018 mExa (Em) Distance interstellaire
1021 mZetta (Zm) Rayon des galaxies
1024 mYotta (Ym) Taille des amas de galaxies
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