Physique-Chimie · Terminale · Modéliser l’évolution temporelle d’un système chimique
La radioactivité naturelle
Le noyau se transforme.
En bref
Toute la chimie jouait jusqu’ici sur les électrons.
Toute la chimie jouait jusqu’ici sur les électrons. La radioactivité, elle, touche au noyau : elle change l’élément lui-même, et aucune action chimique ou physique ordinaire ne peut l’accélérer ou l’empêcher.
Le noyau et ses isotopes
Un noyau se note ᴬ_Z X : Z protons — le numéro atomique, qui fixe l’élément — et A nucléons au total, donc A − Z neutrons.
Deux isotopes ont le même Z et des A différents : carbone 12 et carbone 14, uranium 235 et 238. Chimiquement identiques, nucléairement très différents.
Les trois caractères de la radioactivité
| Caractère | Ce qu’il signifie |
|---|---|
| Spontané | Rien ne la déclenche |
| Aléatoire | Impossible de prédire quand un noyau donné se désintégrera |
| Inéluctable | Ni température, ni pression, ni réaction chimique n’y changent rien |
Les trois désintégrations
| Type | Ce qui est émis | L’équation | Quels noyaux |
|---|---|---|---|
| α | Un noyau d’hélium ⁴₂He | ᴬ_Z X donne ᴬ⁻⁴_(Z−2) Y + ⁴₂He | Les noyaux lourds |
| β⁻ | Un électron ⁰₋₁e | ᴬ_Z X donne ᴬ_(Z+1) Y + ⁰₋₁e | Trop riches en neutrons |
| β⁺ | Un positon ⁰₊₁e | ᴬ_Z X donne ᴬ_(Z−1) Y + ⁰₊₁e | Trop riches en protons |
En β⁻, un neutron devient proton ; en β⁺, l’inverse.
Le rayonnement γ
Ce n’est pas une désintégration. Le noyau fils, formé dans un état excité, se désexcite en émettant un photon très énergétique. Ni A ni Z ne changent — on note le noyau excité d’une étoile, et sa désexcitation s’écrit Y excité donne Y + γ.
Les lois de Soddy
Dans toute équation nucléaire, deux grandeurs se conservent :
| Grandeur | Ce qu’elle conserve |
|---|---|
| A | Le nombre de nucléons |
| Z | La charge |
Ce sont ces deux égalités qui permettent d’identifier le noyau fils sans rien connaître d’autre.
L’énergie libérée
La masse du noyau est inférieure à la somme des masses de ses nucléons séparés : c’est le défaut de masse Δm.
E = Δm × c²
C’est cette énergie, colossale devant celle des réactions chimiques, qui est libérée lors d’une désintégration.
La radioactivité naturelle — uranium, thorium, potassium 40, radon, carbone 14 — nous entoure en permanence. Elle est naturelle au sens où elle ne vient d’aucune manipulation humaine, pas au sens où elle serait inoffensive.
Teste-toi
6 questions pour vérifier
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1.Dans la notation ᴬ_Z X, que représente Z ?
2.Quelle particule est émise lors d’une désintégration α ?
3.Lors d’une désintégration β⁻, que devient un neutron ?
4.L’émission γ modifie le nombre de nucléons du noyau.
5.Quelles grandeurs se conservent dans une équation nucléaire ?
6.La désintégration d’un noyau donné peut être prédite à l’avance.
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