Qu`est-ce que la matière - CSNSM

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Qu’est-ce que la matière ?
nombre de protons du noyau = nombre d’électrons de l’atome
→élément chimique
un élément peut avoir plusieurs isotopes qui différent
par le nombre de neutrons de leur noyau
CNRS-IN2P3 et CEA-DSM-DAPNIA - T3
matière atome électron proton
noyau neutron
quarks
Photo CERN
atome noyau Proton
Neutron
nombre d’électrons de l’atome →élément chimique
Si on fait des zooms successifs sur de la matière, du cuivre par
exemple, on voit que la matière est composée d’atomes tous
identiques.
En zoomant sur les atomes, on voit qu’ils sont composés d’un noyau
très compact entouré d’électrons très petits. Chaque électron porte
une charge électrique négative, et le noyau une charge électrique
positive égale à la somme des charges des électrons.
En zoomant sur le noyau, on s’aperçoit que lui-même est composé de
particules appelées des nucléons. Il y en a de 2 sortes : des protons et
des neutrons. Les protons portent chacun une charge électrique
positive. Ils sont en nombre égal au nombre d’électrons. Les neutrons
leur sont très semblables sauf qu’ils n’ont pas de charge électrique.
En zoomant sur les nucléons, on voit qu’ils sont eux-mêmes composés
de 3 particules appelées des quarks. Et en zoomant sur les quarks, on
ne sait pas encore…
Le nombre d’électrons, et donc le nombre de protons qui lui est égal,
détermine les propriétés chimiques de l’élément. Ainsi, les noyaux
d’hydrogène ont un seul proton, ceux de cuivre en ont 29 et ceux
d’uranium 92.
Par contre, le nombre de neutrons n’est pas unique : ainsi, les noyaux
stables de cuivre peuvent avoir 34 ou 36 neutrons ; ce qui, compte
tenu des 29 protons, correspond aux isotopes « cuivre 63 » et
«cuivre 65».

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hydrogène
1H
1 électron
1 proton
CSNSM CNRS-IN2P3
Les isotopes de l’hydrogène
deutérium
2H
1 électron
1 proton
1 neutron
tritium
3H
1 électron
1 proton
2 neutrons
Le nombre de protons caractérise l’élément chimique, mais le
nombre de neutrons peut varier, au moins dans certaines
limites. Sans neutron, il est impossible d’avoir plus d’un proton
dans le noyau puisque les protons se repoussent
électriquement.
Ainsi, l’hydrogène comporte trois isotopes :
Le noyau d’hydrogène H comporte 1 proton et 1 neutron
Le noyau de deutérium : 1 proton, 2 neutrons
Le noyau de tritium : 1 proton, 3 neutrons.

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CSNSM CNRS-IN2P3
Isotopes
U
uranium
Protons = 92
Neutrons = 146
Nombre de masse
(neutrons + protons) 238
Masse = 238
uranium 238
Numéro atomique
(protons) 92
Un élément chimique est caractérisé par son numéro atomique
(protons). Un isotope particulier est caractérisé par son
nombre de masse (protons+neutrons) .
Ces 2 caractéristiques donnent le nombre de neutrons.
Tous les isotopes d’un même élément possède les mêmes
propriétés chimiques.

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Les isotopes de l’uranium
CSNSM CNRS-IN2P3
Deux noyaux ayant le même numéro atomique mais des
nombres de masse différents sont dits ISOTOPES
U
Protons = 92
Neutrons = 143
Masse = 235
uranium 235
235 U
Protons = 92
Neutrons = 146
Masse = 238
uranium 238
238
Tous les isotopes d’un même élément possédent les mêmes
propriétés chimiques.

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Aluminium Béton
-V
+V
Papier
β
α
γ
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Trois rayonnements !
Dans les années qui suivent la découverte de la radioactivité,
des physiciens se consacrent à l ’étude des propriétés des
éléments radioactifs.
Ils établissent que les rayonnements émis sont de trois types
selon leur degré de pénétration et leur charge électrique :
alpha, bêta et gamma.
Il y a 3 rayonnements :
Un de charge électrique positive, très peu pénétrant : le
rayonnement alpha
Un de charge électrique négative : le rayonnement bêta
Un neutre, très pénétrant : le rayonnement gamma