Constituants de la matière L'ensemble de la matière de l'univers, vivante ou inerte, est constitué de particules appelées atomes. L'atome comprend : un noyau et des électrons en mouvement rapide autour de ce noyau. Cette représentation ressemble aux planètes du système solaire en mouvement autour du Soleil. Proton Neutron Electron www.talibe.ma

Chimie générale et précisément la chimie descriptive Atomistique Chimie générale et précisément la chimie descriptive Définition: Etude de la composition de l'atome ainsi que de leurs propriétés. Etude de la structure interne de l'atome et des échanges d'énergies en son sein. Etude de la répartition des électrons autour du noyau et les conséquences de cette répartition sur les propriétés physico-chimiques des éléments. www.talibe.ma

Cours d’atomistique Chapitre 1 : Constituants de l’atome Chapitre 2 : Structure électronique des atomes Chapitre 3 : Classification périodique des éléments Chapitre 4 : Liaisons chimiques et géométrie des molécules www.talibe.ma Mme Ouafa TAHIRI ALAOUI 3

Constituants de l’atome Chapitre 1: Constituants de l’atome www.talibe.ma 4

Un peu d’histoire sur la découverte de l’atome et ses constituants ! www.talibe.ma

Démocrite (460 av. J.-C. 370 av. J.-C.) Découverte des atomes = atomos Citation de Démocrite : "Si tout corps est divisible à l'infini, de deux choses l'une : ou il ne restera rien ou il restera quelque chose. Dans le premier cas la matière n'aurait qu'une existence virtuelle, dans le second cas on se pose la question : que reste-t-il ? La réponse la plus logique, c'est l'existence d'éléments réels, indivisibles et insécables appelés donc atomes ". La matière ne peut pas être divisée infiniment. Les plus petites choses que l’on obtient sont des entités insécables: les « atomos idea » www.talibe.ma

Démocrite (460 av. J.-C. 370 av. J.-C.) Découverte des atomes = atomos Démocrite pensait que la matière était constituée d'atomes, de petites particules indivisibles, infiniment petites et séparées par du vide. C'est la théorie atomiste. D'après le modèle de Démocrite, les atomes sont tous identiques. Ce qui distingue une substance d'une autre est l'arrangement des atomes. Mais Démocrite n'a aucune preuve expérimentale et sa démarche n'est que philosophique. www.talibe.ma

Aristote 384 - 322 av. J-C. Les grec ont dit… La matière est continue, pas de vide, pas d’atomes La matière est formée de 4 éléments: L’aire La terre Le feu L’eau www.talibe.ma

John Dalton (1766-1844) Découverte des molécules Ressort la théorie de Démocrite de l’oubli : Il a confirmé la théorie de Démocrite 1- La matière est composée d’atomes sous forme de sphère pleine, indivisible et indestructible. 2- Les atomes d’un même éléments sont identiques 3- Les atomes d’éléments différents ont des masses et des tailles différentes 4- Il est impossible de transformer les atomes d’un élément en ceux d’un autre élément. 5- Un composé est une combinaison spécifique d’atomes d’éléments d’espèce différente. 6- Dans une réaction chimique, les atomes changent de partenaires pour produire des corps nouveaux. www.talibe.ma

Joseph John Thomson (1856-1940) Découverte des électrons Rayons cathodiques Cathode Anode - + + Vers la pompe à vide 40 000 volts  Les faisceaux de charges électriques, qui voyagent de la cathode à l’anode, sont appelés rayons cathodiques.  La trajectoire des rayons est rectiligne, et est perpendiculaire à la surface de la cathode. www.talibe.ma

- Découverte des électrons + + Cathode Anode S N Vers la pompe à vide 40 000 volts www.talibe.ma

(+) - (-) Découverte des électrons (-) + + + Cathode Anode Vers la pompe à vide 40 000 volts + 10 volts www.talibe.ma

Joseph John Thomson (1856-1940) Découverte des électrons Les rayons cathodiques sont déviés par un champ magnétique (un aimant) ou électrique  1887 : J. J. Thomson établit que les rayons cathodiques émis lorsque l’on soumet un gaz sous basse pression à une forte différence de potentiel sont constitués de particules chargées négativement arrachées à la matière, et découvre ainsi l'électron ; c'est la première décomposition de l'atome. www.talibe.ma

Joseph John Thomson (1856-1940): Découverte des électrons Schématisation du plum-pudding www.talibe.ma

L’atome selon Thomson www.talibe.ma

Ernest Rutherford (1871-1937) 1913: Découverte des protons www.talibe.ma

Résultats de l’expérience Observations la quasi totalité des particules a ne sont pas déviées; un petit nombre de particule a sont déviées avec de grands angles. Conclusion La charge n’est pas répartie uniformément! www.talibe.ma

Le modèle de Rutherford L’atome est composé en majeure partie de vide La masse de l’atome est concentrée dans le noyau Les particules de charge positive sont appelées protons et composent le noyau Les électrons de masse négligeable et orbitent autour du noyau un peu comme des planètes autour du soleil Leur charge électrique est égale à celle des protons, mais de signe contraire (négatif), ce qui fait que l’atome est globalement neutre www.talibe.ma

L’atome selon Rutherford Modèle lacunaire www.talibe.ma

Les protons et les neutrons Les expériences qui ont mené à la conception nucléaire de l’atome ont également permis de déterminer le nombre de charges positives d’un noyau. Rutherford pensait que ces charges étaient portées par des particules appelées protons et que la charge d’un proton était l’unité fondamentale de charge positive; Par la suite, le nombre de protons de chaque atome a permis de clarifier la notion de numéro atomique. On s’est également rendu compte que si tous les protons ont la même masse, le nombre de protons n’est pas suffisant pour expliquer la masse d’un atome. On a donc fait l’hypothèse que le noyau atomique contient également des particules de masse semblable au proton, mais qui ne portent pas de charge électrique, les neutrons. www.talibe.ma

James Chadwick (1891-1974) Découverte des neutrons  En  1930 , Bothe et Becker bombardent du Béryllium avec des particules .  Un rayonnement est émis.  Le physicien anglais Chadwick en 1932 démontre que ce rayon est constitué de particules neutres   Ce sont les neutrons qui empêchent l'éclatement du noyau et qui le conservent stable! www.talibe.ma

Caractéristiques de l’atome www.talibe.ma

Caractéristiques de l’atome r = 1010 m (1 Å) Electrons (-) |e|=1,6.1019 C Noyau r = 1014 m + me = 9,1.1031 kg www.talibe.ma 23

Caractéristiques de l’atome r = 1010 m (1 Å) Electrons (-) |e|=1,6.1019 C Noyau r = 1014 m + me = 9,1.1031 kg Nucléons = A Protons (Z) + Neutrons (+) Nulle mn  mp = 1836 me mp = 1,673.1027 kg mn = 1,675.1027 kg Charge de l’atome = Charge des électrons + charge des protons 0 = -Z + Z www.talibe.ma 24

Caractéristiques de l’atome r = 1010 m (1 Å) Electrons (-) |e|=1,6.1019 C Noyau r = 1014 m + me = 9,1.1031 kg Protons (Z) + Neutrons (+) Nulle d Quarks : up, down www.talibe.ma Proton Neutron 25

1MeV = 106eV = 1,602.10-13J www.talibe.ma

Caractéristiques de l’atome Notation d’un atome Un élément chimique (X) est complètement défini par Z, le numéro atomique Ions q  0. Nb électrons E = Z  q Nombre de charge ou numéro atomique = Z (proton)  Nombre d’électron pour un atome neutre Nombre de masse = A (nucléon) Ces deux nombres permettent de connaître complètement la composition du noyau A = Z + N www.talibe.ma 27

 Le carbone : 6C. Le fer : 26Fe. L’hydrogène : 1H Zirconium : 40 Zr Exemple  d’application 1 : Calculer le nombre de protons et de neutrons des atomes suivants :  Le carbone : 6C. Le fer : 26Fe. L’hydrogène : 1H Zirconium : 40 Zr Cobalt : 20Co 12 56 1 91 39 www.talibe.ma 28

Caractéristiques de l’atome  Isotopes : Les isotopes sont les atomes d’un même élément chimique X dont les noyaux renferment le même nombre de protons (même numéro atomique) mais des nombres de neutrons différents (nombres de masse différents). * Exemples isotopes naturels : on peut citer l'Hydrogène (1 proton) et le Deutérium (1 proton/1neutron ; atome présent dans l'eau lourde) ou encore le Tritium   (1 proton/2 neutrons). * Exemples isotopes artificiels : ces isotopes sont obtenus en bombardant des noyaux d'atomes stables avec des particules appropriées. C’est par exemple le cas de l'Iode 123 (radioactif) obtenu à partir de l'Iode 127 (stable). En général, la plupart des isotopes artificiels sont radioactifs. (Hydrogène), (Deutérium) et (Tritium) sont les isotopes de l’hydrogène www.talibe.ma

Caractéristiques de l’atome  Isotopes Ex : 13153I (78 neutrons) = radioactif 12353I (70 neutrons) = radioactif 12753I (74 neutrons) = stable  Isobares = atomes de nombres de masse identiques  Isotones = atomes de nombres de neutrons identiques www.talibe.ma

Caractéristiques de l’atome Exemple : Le carbone comporte trois isotopes naturels Elément chimique Isotopes Nbre de masse Numéro atomique (Z) Nbre de neutrons 12 13 14 6 7 8  Masse atomique : La masse atomique d’un élément chimique est la moyenne des masses atomiques de ses isotopes multipliées par leur abondance relatives xi (ou pourcentage). www.talibe.ma 31

Exemple d’application 1 : ) = et m ( = 34,97g/mol, m ( = 36,97g/mol Test : Le cuivre naturel est composé de deux isotopes stables de masses atomiques respectives 62,929 et 64,927. Le numéro atomique du cuivre est Z=29. Indiquer la composition des deux isotopes.   Un des isotopes possède 29 neutrons et 34 protons, l'autre isotope possède 29 protons et 34 neutrons 2.  Un des isotopes possède 29 protons et 34 neutrons, l'autre isotope possède 29 protons et 36 neutrons 3.  Un des isotopes possède 30 protons et 33 neutrons, l'autre isotope possède 29 protons et 36 neutrons   Un des isotopes possède 29 protons et 35 neutrons, l'autre isotope possède 29 protons et 37 neutrons www.talibe.ma 32

Défaut de masse et énergie de cohésion www.talibe.ma

 Unité de masse atomique: u.m.a L'unité de masse atomique est définie comme le douzième de la masse d'un atome de 126C (masse d’un atome de carbone 12) 1 mole d’atomes de carbone 12 12g N Avogadro atomes x 1 atomes Avec NA = 6,022.1023 mol-1 Enfin 1.u.m.a = 1.6604 10-24 g www.talibe.ma 34

Energie de cohésion par nucléon 1J = 107 ergs 1eV = 1,602.10-19J 1MeV = 106eV = 1,602.10-13J 1.u.m.a = 1,6604 10-27 Kg Défaut de masse Energie de cohésion Avec C : la vitesse de la lumière C = 3.108m/s Energie de cohésion par nucléon www.talibe.ma 35

Exemple : calcul de l’énergie de cohésion de l’atome : Z = 8 N = 8 mp = 1,0073 u.m.a mn= 1,0087 u.m.a Mnoyau = 15,9905 u.m.a = 0,137 u.m.a =0,137 ×1,6604 .10-27 = 0,227 .10-27 kg Donc; = 2,11.10-11J www.talibe.ma 36

Radioactivité www.talibe.ma

 Radioactivité naturelle découverte en 1898 par Henrie Becquerel Radioactivité: déséquilibre des forces internes du noyau entrainant l’émission de rayonnement ionisant :  Radioactivité naturelle découverte en 1898 par Henrie Becquerel  Radioactivité artificielle découverte en 1934 par Irène et Fréderic Joliot-Curie www.talibe.ma

On dit alors que le noyau est « stable ». Radioactivité  La radioactivité est la propriété d’un noyau atomique instable de se transformer spontanément en noyaux d’une autre espèce chimique, avec émission de rayonnement et de particules.  Les protons et les neutrons sont collés les uns aux autres grâce à une force de cohésion appelée « interaction nucléaire », qui est généralement suffisante pour les maintenir ensemble. On dit alors que le noyau est « stable ».  Certains noyaux contiennent trop de particules ou renferment trop d’énergie de sorte que la force de cohésion n’est plus suffisante pour maintenir les neutrons et les protons ensemble. Ils se transforment spontanément avec émission de particules et sans intervention extérieure. Les noyaux sont alors « instables » Les nucléides instables sont dits « radioactifs » www.talibe.ma 39

Emission d’un noyau d’hélium  Rayonnement  L’émission survient pour des noyau lourd Emission d’un noyau d’hélium Le noyau se désintègre en émettant un noyau d’hélium (2 protons et 2 neutrons) Le noyau d’hélium est également appelé rayonnement alpha par abus de langage. Ce rayonnement n’est pas très dangereux car quelques millimètres de papier sont suffisants pour le stopper. Cette radioactivité ne concerne que les noyaux lourds, dont le numéro atomique est en général supérieur à 74 (tungstène). Le noyau le plus lourd concerné par cette radioactivité est l’uranium 238. www.talibe.ma 40

Il existe deux type de radioactivité bêta : la bêta- et la bêta+.  Rayonnement  Il existe deux type de radioactivité bêta : la bêta- et la bêta+. Lors de la bêta-, un neutron se transforme en proton en émettant un électron (que l’on appelle aussi le rayonnement bêta, par abus de langage) et un neutrino (une particule de masse très faible, voire nulle non chargée). On a donc l’équation : Négatons Lors de la bêta+, un proton se transforme en neutron en émettant un positon (l’anti-particule de l’électron) et un neutrino. On a donc l’équation : Positons Les électrons et positons sont émis à grande vitesse mais sont facilement absorbés (quelques millimètre d’aluminium suffisent), ils ne sont donc pas très dangereux. www.talibe.ma

 Rayonnement  Lors de ce type de radioactivité, il n’y a pas d’émission de particules ou de désintégrations à proprement parler. Emission d’un noyau d’un photon (rayonnement gamma) Elle intervient pratiquement après chaque transformation radioactive alpha ou bêta. Il s’agit de l’émission d’énergie (appelée cette fois à juste titre rayonnement gamma) due à la désexcitation du noyau fils. En effet, lors de la transformation radioactive, le noyau fils est excité (exitation marquée par *), c’est-à-dire que certains de ses électrons se situent sur des couches électroniques trop éloignées du noyau. Les électrons auront alors tendance à se rapprocher du noyau et c’est ce rapprochement, ce « saut » d’une couche électronique à une autre qui provoque l’émission d’énergie. Cette radioactivité est la plus dangereuse vu qu’elle produit beaucoup de dégâts et qu’elle est difficile à stopper (il faut en général quelques mètres de béton) www.talibe.ma 42

 Rayonnement   Rayonnement  -  Rayonnement  +  Rayonnement  Emission d’un noyau d’un photon (rayonnement gamma)  Rayonnement  -  Rayonnement  +  Rayonnement  www.talibe.ma 43

Le pouvoir de pénétration des rayonnements www.talibe.ma

Dans quelle mesure la radioactivité est- elle dangereuse pour l’Homme ? www.talibe.ma

Grandeurs relatives à la dangerosité de la radioactivité  L’activité : C’est le nombre de désintégrations par seconde que subit un échantillon radioactif. Elle s’exprime en becquerels.  La dose absorbée : C’est la quantité d’énergie déposée par un échantillon radioactif dans un organisme. Son unité est le gray, équivalent à un joule par kilogramme de matière irradiée.  Les effets biologiques d’un organisme irradié qui s’expriment en sieverts.  Le débit de dose : Il désigne l’intensité momentanée d’une radiation en un point. C’est une grandeur importante car les effets biologiques dus aux rayonnements dépendent de la durée d’exposition pour une même dose absorbée. L’unité du débit de dose est le sievert par seconde. www.talibe.ma

Grandeurs relatives à la dangerosité de la radioactivité  L’activité : C’est le nombre de désintégrations par seconde que subit un échantillon radioactif. Elle s’exprime en becquerels.  La dose absorbée : C’est la quantité d’énergie déposée par un échantillon radioactif dans un organisme. Son unité est le gray, équivalent à un joule par kilogramme de matière irradiée.  Les effets biologiques d’un organisme irradié qui s’expriment en sieverts.  Le débit de dose : Il désigne l’intensité momentanée d’une radiation en un point. C’est une grandeur importante car les effets biologiques dus aux rayonnements dépendent de la durée d’exposition pour une même dose absorbée. L’unité du débit de dose est le sievert par seconde. www.talibe.ma

La radioactivité qui nous entoure, le rapport entre les doses radioactives reçues et les effets d’une irradiation www.talibe.ma

Effets en moyenne d’une irradiation globale sur l’Homme Mort dans les minutes qui suivent 100<dose<1000 Mort certaine dans les mois qui suivent 7<dose<10 90% de mortalité dans les mois consécutifs à l’irradiation 6<dose<7 Troubles sanguins et digestifs graves, diarrhées et vomissements, risques de perforations intestinales 4<dose<6 Nausées, vomissements, vertiges dès la fin de l’irradiation, modification de la formule sanguine, risques mortels élevés en cas d’infection (à cause de la chute des lymphocytes, cellules intervenant dans le système immunitaire 2.5<dose<4 10% de mortalité dans les mois qui suivent 1<dose<2 Troubles digestifs légers, épilations partielles, fatigabilité persistante (plusieurs mois), augmentation significative des cas de cancers, stérilité permanente chez la femme, stérilité pendant deux ou trois ans chez l’Homme 0.5<dose<1 Modification de la formule sanguine 0.05<dose<0.5 Aucun Dose<0.05 Effets d’une dose unique Doses (Sv) Dosimètre www.talibe.ma

Tout élément Radioactif possède une vitesse de désintégration  Le nombre de transformations (désintégrations) par unité de temps = Activité 1 Bq (BECQUEREL) = 1 désintégration par seconde 1 Ci (CURIE) = 3,7.1010 désintégrations par seconde  La désintégration radioactive est un phénomène probabiliste : si l’on considère un seul noyau, l’instant de désintégration est imprévisible. La constante radioactive (symbole ) est la probabilité de désintégration radioactive pendant le temps t Sur un grand nombre de noyaux identiques, le nombre de désintégrations par seconde est le même. www.talibe.ma 50

Tout élément Radioactif possède une vitesse de désintégration  Le nombre de transformations (désintégrations) par unité de temps = Activité 1 Bq (BECQUEREL) = 1 désintégration par seconde 1 Ci (CURIE) = 3,7.1010 désintégrations par seconde  Les éléments ne se désintègrent pas au même temps :  4,5 milliards et demi d’année pour la désintégration de la moitié l’Uranium 238  3 minutes pour la désintégration du Polonium  Un élément est susceptible de manifester une radioactivité naturelle s’il vérifie la relation suivante : At = dNt / dt = - Nt www.talibe.ma 51

Cinétique des transformations radioactives  Evolution d’une population d’atome radioactifs : N (t) = N0 e –t Où N (t) = nb d’atome persistant (non désintégré) au bout du temps t N0= nombre initial d‘atomes = constante radioactive (s-1) Période radioactive T temps au bout duquel 50% des atomes se sont désintégrés N (T) = N0/2 => T = (ln 2) /  A( t) = A0 e-t www.talibe.ma

T = période radioactive La décroissance radioactive Activité (Bq) T = période radioactive 10 000 L’activité est divisée par: - 2: après une période 4: après 2 périodes 8: après 3 périodes 5 000 2500 1250 625 Temps 1 T 2 T 3 T 4 T www.talibe.ma

Exercice d’application 1 : Une certaine substance radioactive dont la demi-vie est de 10 s émet 2.107 particules alpha par seconde. 1- Calculer la constante de désintégration de cet isotope. 2- Calculer l'activité de cette substance Bq . 3- Combien y a-t-il de noyaux radioactifs dans cette substance ? 4- Combien en restera-t-il après 30 secondes ? www.talibe.ma

Exercice d’application 1 : Une certaine substance radioactive dont la demi-vie est de 10 s émet 2.107 particules alpha par seconde. 1- Calculer la constante de désintégration de cet isotope. 0,693 / 10 = 0,0693 s-1. 2- Calculer l'activité de cette substance Bq . 2. 107 Bq 3- Combien y a-t-il de noyaux radioactifs dans cette substance ? A =  N0 donne N0 = 2. 107 /0,069 = 2,9 108 noyaux à t=0 . 4- Combien en restera-t-il après 30 secondes ? 30 seconde c'est trois périodes au bout d'une période : il reste ½ 2,9 108 noyaux ( la moitié a disparu) au bout de 2 périodes, 2,9 108 / 4 noyaux. pour 3 périodes , 2,9 108 / 8 = 3,6 107 noyaux. www.talibe.ma

Fission et fusion www.talibe.ma

Fission nucléaire La fission nucléaire se déclenche lorsque un neutron se déplaçant à grande vitesse entre en collision avec un élément de poids atomique élevé tels que l’uranium ou le thorium , sous le choc le noyau se scinde en deux noyaux de poids atomique intermédiaire, plusieurs neutrons sont libérés et de l’énergie est dégagée, les neutrons libères font à leurs tour éclaté d’autres noyaux et libères une quantité importante de l’énergie qui est utilisé dans les centrales nucléaires ( pour le meilleur ) et les bombes atomiques (pour le pire) www.talibe.ma 57

La fission nucléaire Lorsqu’un neutron est capturé par un noyau 235U, il crée un noyau 236U instable, de courte durée de vie (~ 10-14 s). Ce noyau subit ensuite une fission. Neutron incident www.talibe.ma

La fission nucléaire pour le meilleur www.talibe.ma 59

… et pour le pire Les réactions nucléaires Exemple  d’application 1 : 10n + 23592U → 23692U* → 14054Xe + 9438Sr + 2 10n + Énergie 10n + 23592U → 23692U* → 13250Sn + 10142Mo + 3 10n + Énergie … et pour le pire Les réactions nucléaires Projet Manhattan est le nom de code du projet de recherche mené pendant la Seconde Guerre mondiale, qui permit aux États-Unis, assistés par le Royaume-Uni et le Canada, de réaliser la première bombe atomique de l'histoire en 1945. www.talibe.ma 60

La bombe atomique (fission) Le but d'une bombe atomique est de déclencher une réaction en chaîne. Pour cela, il faut avoir une quantité suffisante de matière fissile, c'est la masse critique. La masse critique est d'environ 52 kilogrammes pour l'uranium 235 et de 10 kilogrammes pour le plutonium 239. Une fois cette masse atteinte, la réaction en chaîne est déclenchée. Dans les bombes atomiques, la quantité de matière fissile doit même être supérieure à la masse critique, de l'ordre de trois fois en général. On parle alors de masse sur-critique. Pour éviter que la réaction se déclenche n'importe quand, on sépare la matière fissile en deux. De cette manière la masse critique n'est pas atteinte et il n'y a donc aucun risque qu'une fission nucléaire s'amorce sans qu'on le désire. www.talibe.ma

Tsunami de Fukushima www.talibe.ma 62

Utilisation de la radioactivité pour des fins thérapeutiques? www.talibe.ma

La curiethérapie La radiothérapie La curiethérapie a, comme son nom l’indique été inventée par Marie Curie. Elle est utilisée dans le cas de cancers, en particuliers gynécologiques, urologiques, ORL, ou bien dans le cas de tumeurs cérébrales. Les tumeurs sont ainsi détruites par les rayonnements ionisants crées par le matériel radioactif utilisé. Les sources radioactives utilisées sont introduites lors de la curiethérapie sont :     Le Césium 137     L’Iridium 192     L’Iode 125 Ces trois éléments délivrent en effet des doses radioactives élevées. Cette méthode permet d’irradier la tumeur en protégeant au maximum les organes voisins et dans certains cas d’éviter les traitements chirurgicaux.                     Le traitement terminé, les sources radioactives sont retirées du patient. Pour les petites tumeurs, la curiethérapie est efficace à 80 voire 90%. La radiothérapie www.talibe.ma

Fusion nucléaire La fusion nucléaire est une réaction où deux noyaux atomiques (comme le deutérium et le tritium ) entre en collision à très haute température pour former un noyau plus lourd en dégageant un neutron, La fusion des noyaux légers dégage une énorme quantité d’énergie provenant de l’interaction forte. L’énergie libérée par la fusion nucléaire est la source du rayonnement des étoiles et du soleil www.talibe.ma

Les réactions de fission et de fusion www.talibe.ma 66

Exercice d’application 1 : Fission de l'uranium Un réacteur de centrale nucléaire fonctionne à l'uranium enrichi (contenant 3% d'uranium 325 fissile et 97% d'uranium 238 non fissile). Par capture d'un neutron, le noyau 235/92 subit plusieurs types de réactions, dont l'équation est : 235     1         139     94         1    U +  n ---->    Xe +    Sr + z  n 92       0         54       x         0 1) Compléter cette équation en calculant les valeurs de x et de z. Indiquer les lois de conservation utilisées. 2) L'uranium 238 non fissile du réacteur se transforme pas capture d'un neutron lent en un noyau radioactif.   a. Écrire l'équation de cette réaction nucléaire. Quel est ce noyau.   b. Ce noyau est radioactif. A l'issue de deux désintégrations - successives, le noyau obtenu est fissile. Écrire les réactions représentant ces deux réactions nucléaires successives et identifier les noyaux formés.   www.talibe.ma

235 1 139 94 1 U + n ----> Xe + Sr + z n 92 0 54 x 0 Exercice d’application 1 : Fission de l'uranium 235     1         139     94         1    U +  n ---->    Xe +    Sr + z  n 92       0         54       x         0 conservation du nombre de charge : 92 = 54+x soit x= 38    conservation du nombre de nucléons ( nombre de masse): 235 +1= 139+94+z soit z = 3. a-  238         1         239               U  +    n  ---->    U          92         0            92                  Avec les même lois  A=239 et Z=93 Le noyau formé est dont le neptunium 239/93 Np      La seconde désintégration conduit avec les deux même lois:             Le noyau formé est du plutonium. www.talibe.ma

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Courbe d’Aston  La figure suivante donne les valeurs moyennes de – El /A en fonction de A (courbe d’Aston) ; cette courbe permet de comparer la stabilité des différents types de noyaux.  Plus l’énergie de liaison par nucléon est grande plus le noyau est stable et la désintégration est difficile. www.talibe.ma 70

Définitions et notions devant être acquises à l’issue de ce chapitre Atome  Electron  Proton  Neutron  Mole  Nucléon  Isotope  u.m.a  Elément Chimique  Molécule  Nombre d’Avogadro  Numéro atomique  Nombre de Masse Electron-Volt (eV)   Masse Atomique Défaut de masse  Energie de cohésion Radioactivité Fission et fusion nucléaire  courbe d’Aston www.talibe.ma 71

Historique : La matière est constituée d’atomes. En 1912, le physicien anglais Ernest Rutherford (qui avait montré que l’atome avait un noyau), et le physicien danois Niels Bohr mettent au point un modèle dans lequel l’atome est constitué d’un noyau de charge positive entouré d’un cortège d’électrons. En 1913, Rutherford découvre le proton et en 1932, le physicien anglais Chadwick le neutron. En 1938, Hahn et Strassmann découvrent la fission spontanée et le physicien français Frédéric Joliot-Curie, assisté de Lew Kowarski et Hans Von Halban, montre, en 1939, que ce phénomène de cassure des noyaux d’uranium s’accompagne d’un intense dégagement de chaleur. La découverte de la réaction en chaîne permettra l’exploitation de l’énergie nucléaire. Pendant la guerre de 1939-1945, les études sur la fission se sont poursuivies aux États-Unis, avec la participation de physiciens émigrés. Le projet Manhattan est lancé, avec pour objectif de doter ce pays d’une arme nucléaire (qui a été utilisée à Hiroshima et à Nagasaki en 1945). Dès la fin de la guerre, les recherches sur l’énergie dégagée par la réaction de fission nucléaire sont poursuivies dans le but d’une utilisation civile. www.talibe.ma

La figure suivante montre la variation de l'énergie de cohésion du noyau par nucléon en fonction du numéro atomique. L'abaissement de la courbe d'énergie de cohésion pour les numéros atomiques élevés nous montre que les nucléons sont liés plus fortement quand ils font partie de nucléides de masse moyenne que s'ils appartiennent à un seul noyau de fort numéro atomique. En d'autres termes, de l'énergie peut-être libérée par la fission d'un noyau lourd en deux noyaux plus petits. La remontée de la courbe aux faibles numéros atomiques nous montre qu’au contraire, de l'énergie peut-être libérée si deux noyaux légers (faible numéro atomique) se combinent pour former un seul noyau de masse moyenne : c'est la fusion nucléaire. www.talibe.ma 73

Nt = No.e-t dNt = -.Nt.dt dNt / Nt = -dt Loi de l’émission radioactive Considérons la désintégration)  Le nombre moyen de noyaux qui se transforment pendant une durée dt est proportionnel à : la durée dt , Nt , et  Si à to, il y a No noyaux , on obtient par intégration Nt à la date t A (radioactif) B (stable) dNt = -.Nt.dt dNt / Nt = -dt Nt = No.e-t  Activité A( t) = A0 e-t www.talibe.ma

Comment doivent se comporter les particules alpha selon le modèle de Thomson Résultat auquel s’attendait Rutherford selon le modèle de Thomson Particule alpha : Deux protons liés ensemble (noyau d’hélium) + En 1913, Rutherford découvre le proton www.talibe.ma

Les doses absorbées en moyenne par un français Source : Un Français reçoit en moyenne 2.4 mSv par an. www.talibe.ma

La chimie devient une science Antoine Lavoisier (1743-1794) La chimie devient une science 1790 : La théorie des éléments chimiques Il montre que la masse se conserve au cours d’une réaction chimique en accord avec la théorie atomiste. Développe une théorie des éléments chimiques. Loi de la conservation de la matière  Rien ne se perd, rien ne se crée tout se transforme  www.talibe.ma

Chimie générale et précisément la chimie descriptive Atomistique Chimie générale et précisément la chimie descriptive Définition: Etude de la composition de l'atome ainsi que de leurs propriétés. Etude de la structure interne de l'atome et des échanges d'énergies en son sein. Etude de la répartition des électrons autour du noyau et les conséquences de cette répartition sur les propriétés physico-chimiques des éléments. www.talibe.ma