SVT: Noyau
Publié le 03/03/2020
Extrait du document
Structure contenant l'information génétique, dans la cellule. Le noyau disparaît pendant que la cellule se divise; l'ADN portant l'information génétique forme alors avec certaines protéines une structure appelée chromosome.
RADIOACTIVITÉ
Les émissions radioactives sont dues à la tendance de certains noyaux à se porter vers des configurations de plus en plus stables. C'est ainsi qu'un noyau qui se trouve dans un état d'excitation, c'est-à-dire ayant une énergie supérieure à celle de l'état fondamental, libère son excédent d'énergie en émettant des particules alpha ou bêta, ou bien des photons gamma. La radioactivité existe à l'état naturel, mais peut aussi être provoquée artificiellement. En effet, si on « excite » un noyau en le bombardant au moyen de particules comme les protons ou les neutrons, il reviendra à l'état fondamental ou s'en rapprochera, en émettant des radiations. La radioactivité naturelle se présente dans presque tous les noyaux ayant un numéro atomique Z compris entre 81 et 92. Ils se transforment en noyaux plus légers, dont les caractéristiques chimiques se distinguent nettement de celles des noyaux initiaux.
La loi qui décrit la transmutation radioactive est de nature exponentielle. Cette loi montre la façon dont, avec le temps, le nombre de noyaux de départ se réduit, à cause de la transmutation de ces derniers. Un paramètre très important qui apparaît dans la formule est la « vie moyenne ». Au bout d'un certain temps, appelé « vie moyenne », presque les deux tiers des noyaux initiaux ont subi la transmutation radioactive. La « vie moyenne » varie selon le noyau considéré. Elle peut osciller d'un millième de milliardième d'année à cent millions de milliards d'années. Sa valeur est un bon indicateur de la stabilité du noyau auquel elle se réfère. Une « vie moyenne » courte est signe d'instabilité, et donc de prédisposition à la transmutation radioactive. Les noyaux stables, en revanche, présentent une vie moyenne très longue.
Il n'est pas dit qu'un noyau radioactif se transmue directement en un noyau stable. Il peut arriver qu'il se transmue en un noyau instable, sujet à son tour à une transmutation radioactive. Le processus en cascade continue jusqu'à ce qu'on arrive à un noyau stable. On parle alors de série radioactive.
Les éléments naturellement radioactifs ont été regroupés en trois séries, qui portent le nom des trois éléments qui font office de souche. La série de l'uranium, la série du bore et la série de l'actinium. Les souches ont une vie moyenne très longue (respectivement 6,5 ; 20 et 1,3 milliards d'années), et se transmuent en éléments plus légers. Le processus de transmutation s'arrête, quand un isotope stable du plomb est généré. Il existe aussi la série du neptunium qui, toutefois, contient aussi des noyaux radioactifs n'existant pas dans la nature, mais créés en laboratoire (éléments transuraniens). La série se termine par un isotope stable du bismuth.
Les noyaux appartenant à une même série diffèrent l'un de l'autre par quatre nucléons, car la transmutation qui commande le passage de l'un à l'autre correspond à l'émission de particules alpha. Dans un nombre limité de cas, la transmutation bêta peut se produire, laquelle, transformant un neutron en un proton, n'entraîne pas de changement du nombre de masse A.
Les isotopes instables, qui se transmuent en émettant des particules alpha ou bêta, ou bien des rayons gamma, sont dits radio-isotopes. On en connaît à peu près mille, mais leurs vies moyennes et les difficultés liées à leur production font qu'une centaine d'entre eux seulement sont utilisables pour des applications pratiques.
«
2
pèse environ 34 unités de masse atomiqu e, et à 24,6 % d'un isotope qui pèse
37 unités de masse atomique.
La masse atomique du mélange de chlore est égale
par conséquent à 35,5 unités de masse atomique.
L'évaluation de la masse des atomes et, par conséquent, des noyaux, a une grande
importance dans la physique nucléaire.
La célèbre formule E = mc 2, écrite pour la
première fois par Albert Einstein en 1905, établit qu'il existe une équivalence entre
masse et énergie, comme s'il s'agissait de deux formes sous lesquelles se présente
la même entité ph ysique.
L'interprétation de la formule est simple : elle permet de
calculer à combien d'énergie (E) correspond une certaine masse (m).
Il suffit de
multiplier la masse par la vitesse de la lumière (c) élevée au carré.
Dans certains
processus nucléaires (fission nucléaire, fusion), des fractions, même très petites, de
la masse du noyau se transforment en énergie.
Si on connaît avec précision la
masse d'un noyau atomique et de ses constituants, on peut, au moyen de la
formule d'Einstein, calculer l'énergie ém ise au cours de réactions nucléaires comme
celles qui ont lieu dans les étoiles, dans les réacteurs nucléaires et dans les
bombes atomiques.
DÉCOUVERTE
La physique nucléaire est née avec la découverte de la radioactivité.
En 1896, Henri
Becquerel remarqua qu'une plaque photographique noircissait si on la plaçait à
proximité d'un minerai contenant des composés de l'uranium.
Ces composés
devaient donc émettre des radiations capables de les impressionner.
En 1899,
Pierre Curie et sa femme Marie Curie parvin rent à extraire du mystérieux minéral la
substance radioactive responsable de cet étrange phénomène.
Cette substance fut
baptisée radium.
Un an plus tard, Ernest Rutherford classifia les radiations émises
par les substances radioactives en trois groupes : radiations , et .
Rutherford
observa en outre que les atomes qui émettent des radiations se transforment en
atomes différents, c'est -à-dire dotés de propriétés chimiques différentes de celles
qui sont caractéristiques des atomes de départ.
Beaucoup d'e xpériences furent
menées dans les années suivantes dans le but d'identifier la composition des trois
types de radiation.
Leurs résultats ont conduit à la conclusion que la radiation est
constituée de noyaux d'hélium (deux protons et deux neutrons), la radiation
d'électrons (ou de leurs antiparticules, les positrons), tandis que la radiation est
une radiation électromagnétique (constituée par conséquent de photons),
particulièrement énergétique.
En 1911, Rutherford conçut le modèle d'atome qui porte so n nom : un « noyau »
contenant la plus grande partie de la masse de l'atome, chargé d'électricité positive
et ayant un rayon beaucoup plus petit que le rayon atomique.
Autour du noyau, un
certain nombre d'électrons sont sur des orbites circulaires.
Deux années plus tard,
Niels Bohr présenta sa théorie sur la structure de l'atome.
Elle complétait le modèle
de Rutherford et, surtout, elle expliquait les processus d'émission et d'absorption de
photons par les atomes d'hydrogène.
Ce résultat stimula les études de physique
atomique et mena, vers 1920, à la formulation de la mécanique quantique par Louis
de Broglie, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Paul Dirac, Wolfgang Pauli et
d'autres.
La nouvelle théorie, expérimentée avec succès dans la description de
l'atome, fut bientôt appliquée à l'étude des noyaux atomiques.
C'est ainsi que l'on
put comprendre les lois, établies dans les premières décennies du XX e siècle,
relatives aux transmutations nucléaires accompagnées de l'émission de particules
et .
La struc ture du noyau devint plus claire quand, en 1932, James Chadwick.
»
↓↓↓ APERÇU DU DOCUMENT ↓↓↓
Liens utiles
- Grand Oral – Svt Quels sont les conséquences de la prise d’un produit dopants sur l’organisme : exemple du Trenbolone
- 1ère Spé SVT Thème 2 : La dynamique interne de la Terre. Chapitre 1 : La structure interne du globe terrestre
- La cellule (SVT)
- TP SVT: Compte-rendu TP - Immunité innée
- Chapitre SVT: Produire le mouvement