Qu’est-ce que la radioactivité?

Aperçu du noyau Le noyau renferme des protons et des neutrons L’électron tourne en orbite autour du noyau Proton : Charge positive, nombre de masse de 1 Neutron : Charge neutre, nombre de masse de 1 Électron : Charge négative, nombre de masse près de 0 Neutron Charge neutre Proton Charge positive Électron Charge négative

Notation atomique Nombre de masse La notation atomique donne tous les renseignements utiles sur la structure de l’atome Pour le bore 5 protons 5 électrons Nombre de masse = 9 4 neutrons Symbole atomique Numéro atomique (nombre de protons)

Une mine de renseignements À l’aide du tableau périodique, trouvez les renseignements ci-après pour chaque atome des éléments suivants : numéro atomique nombre de protons nombre d’électrons nombre de masse nombre de neutrons notation atomique 1) baryum 2) uranium 3) chlore

Réponses Baryum Uranium Chlore Numéro atomique 56 92 17 Nombre de protons Nombre d’électrons Nombre de masse 137 238 35 Nombre de neutrons 81 146 18 Notation atomique

Que représentent ces symboles? et et Ces symboles représentent les trois isotopes de l’oxygène présents à l’état naturel, qui possèdent chacun un nombre de neutrons différent. renferme 8 protons et 8 neutrons renferme 8 protons et 9 neutrons renferme 8 protons et 10 neutrons On peut aussi utiliser l’expression « oxygène 18 » pour désigner l’isotope

Ce sont des isotopes Les isotopes sont des atomes du même élément qui possèdent un nombre de masse différent. Les différences de masse entre les trois isotopes de l’oxygène sont attribuables aux neutrons supplémentaires contenus dans le noyau. On trouve les isotopes dans tous les composés qui renferment les éléments correspondants. Les isotopes ont des propriétés différentes mais similaires, p. ex. l’eau ordinaire, qui renferme 2 atomes d’hydrogène ( ), bout à 100 oC; l’eau lourde, qui renferme du deutérium − isotope de l’hydrogène ( ), bout à 101,42 oC.

Un nouveau type de réaction Dans le cas des isotopes, le noyau a changé (neutrons supplémentaires). Par contre, dans les réactions chimiques, le noyau des réactifs et des produits demeure inchangé. Une réaction qui modifie le noyau d’un atome est appelée « réaction nucléaire ».

Isotopes instables Les éléments dont le numéro atomique est égal ou inférieur à 83 (exceptions : technétium [43] et prométhium [61]) ont un ou plusieurs isotopes stables. Tous les éléments dont le numéro atomique est supérieur à 83 ont des isotopes instables. Le noyau de ces éléments se désintègre spontanément. La désintégration spontanée d’un noyau est appelée « radioactivité ». Le noyau qui se désintègre est dit radioactif.

Désintégration radioactive Lorsqu’un noyau se désintègre, il émet : des particules alpha des particules bêta (électrons ou positrons) des rayons gamma de l’énergie Le nouveau nucléide obtenu est radioactif ou stable.

Particules alpha Désignées par le symbole , qui représente « alpha » (première lettre de l’alphabet grec) Rapides et très énergétiques Particules relativement lourdes qui perdent rapidement leur énergie cinétique Bloquées par une feuille de papier Peuvent se propager dans l’air sur une distance de 2,5 cm Pénètrent dans la peau à une profondeur de seulement 0,3 mm Renferment 2 protons et 2 neutrons Rutherford a découvert que les particules alpha sont en fait des atomes d’hélium He 4 2

Exemple : L’uranium 238 subit une désintégration alpha Un noyau instable qui émet une particule alpha subit une désintégration alpha Le nouveau nucléide ainsi obtenu est un isotope Exemple : L’uranium 238 subit une désintégration alpha L’uranium 238 se désintègre pour former un nouvel isotope − le thorium − et une particule alpha Équation de la réaction nucléaire Particule alpha 238 U 234 Th He 4 2  92 90 Particule alpha * Le principe de conservation de la masse est respecté (aucune particule n’est détruite).

Particules bêta Désignées par le symbole β, qui représente « bêta » (deuxième lettre de l’alphabet grec) Très rapides Très légères Bloquées par un écran de plomb de 0,1 mm Peuvent se propager dans l’air sur une distance de 4,5 m Pénètrent dans la peau à une profondeur de 17 mm Charge positive ou négative Électron

Désintégration bêta Th Pa e v On connaît deux types de désintégration bêta : Désintégration β – Un neutron dans le noyau se transforme en proton Le numéro atomique augmente de 1 (nouvel élément par rapport à l’ancien) Au cours de cette conversion, un électron et un antineutrino sont éjectés du noyau Phénomène aussi appelé « émission d’électrons » Exemple de désintégration β- :  Th 234 90 Pa 91 e -1 v __ Électron Antineutrino

Désintégration bêta e Na Ne v Désintégration β + Un proton dans le noyau se transforme en neutron Le numéro atomique diminue de 1 (nouvel élément par rapport à l’ancien) Au cours de cette conversion, un positron et un neutrino sont éjectés du noyau Phénomène aussi appelé « émission de positrons » Exemple de désintégration β+ :  Na 22 11 Ne 10 e 1 v Positron Neutrino

Rayons gamma Désignés par le symbole γ, qui représente « gamma » (troisième lettre de l’alphabet grec) Type de rayonnements électromagnétiques ionisants Grand pouvoir de pénétration Fréquence la plus élevée et longueur d’ondes la plus courte dans le spectre électromagnétique Émis lorsque le noyau d’un atome à l’état excité libère de l’énergie, devenant ainsi plus stable Après une désintégration  ou β, le noyau obtenu demeure souvent à l’état excité. Il peut émettre un rayon gamma pour revenir à l’état normal.

Équations illustrant des réactions de désintégration radioactive Les réactions nucléaires sont similaires aux réactions chimiques ordinaires Le principe de conservation de la masse est respecté Les équations montrent l’élément initial, le type de rayonnement émis et les produits obtenus Exemple : Atome radioactif Nouvel élément radioactif + particule émise U 238 92 Th 234 90 He 4 2  Atome d’uranium Nouvel isotope Particule alpha Th 234 90 Pa 234 91 e -1  Atome de thorium Nouvel isotope Électron