Chapitre 7: La théorie atomique explique la radioactivité








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Sciences 10 - Module 2: Les réactions chimiques et la radioactivité

Chapitre 7: La théorie atomique explique la radioactivité



7.1 La théorie atomique, les isotopes et la désintégration radioactive


  • La _______________________ est la libération de particules et de rayons de haute énergie par une substance à la suite de changements dans les noyaux des atomes.

  • Le rayonnement naturel est un courant de particules ou d’ondes de haute énergie qui se déplacent rapidement, et se trouvent naturellement dans l’environnement.

    • Cela peut transformer un atome en ion.

  • Le ______________________ est l’émission de rayons et de particules de haute énergie par une source radioactive.

    • Ex. Les ondes radio, les micro-ondes, les rayons infrarouges, la lumière visible, les rayons ultraviolets, les rayons X, et les rayons gamma

            • La lumière est la forme de rayonnement qui nous est visible.




  • En 1895, Wilhelm Roentgen a découvert que certaines substances émettaient une forme d’énergie inconnue lorsqu’il les bombardait d’électrons.

    • Ces rayons invisibles noircissaient les pellicules photographiques (comme la lumière visible).

    • Il les a appelé « ___________________ » (X signifie inconnus).




  • Henri Becquerel a découvert, par hasard, que les sels d’uranium émettent (naturellement) des rayons qui noircissent les plaques photographiques.

  • Marie et Pierre _________________ ont isolé les composants (de l’échantillon de Becquerel) qui émettaient le rayonnement.

  • Ils ont conclu que le noircissement provenait des rayons émis par leurs atomes d’uranium.

  • Marie Curie a appelé ce processus radioactivité.

  • En 1898, les Curie ont identifié 2 nouveaux éléments : le polonium et le radium.

  • Becquerel et les Curies ont partagé le Prix Nobel de physique en 1903.

  • Marie Curie a aussi reçu le Prix Nobel de chimie de 1911 pour ses découvertes sur le polonium et le radium.




  • Les __________________ sont des atomes différents d’un élément qui ont le même # de protons, mais un # différent de neutrons.

    • Ils ont tous le même numéro atomique, mais le nombre de masse et la masse atomique est différente.

      • Le _____________________________est un # entier qui représente la somme des protons et des neutrons d’un atome.




  • Les chimistes représentent les isotopes par la notation atomique universelle.

  • Cette notation indique le symbole chimique, le numéro atomique et le nombre de masse.

    • Ex. Le potassium a 3 isotopes naturels : le potassium 39 :K , le potassium 40 : K , et le potassium 41 : K.

      • La plupart des éléments sont un mélange d’isotopes et le % de chaque isotope est constant.

          • Ex. Dans une banane qui est riche en potassium, environ 93.26% des atomes de potassium auront 20 neutrons, 0.01% en auront 21, et 6.73% en auront 22.




            • Les atomes radioactifs émettent un rayonnement parce que leurs noyaux sont __________________ (capables de se désintégrer).

            • Les atomes instables augmentent leur stabilité en perdant de l’énergie (en émettant un rayonnement).

            • La désintégration radioactive est le processus par lequel des noyaux instables perdent de l’énergie en émettant un rayonnement.

            • Les atomes radioactifs instables se désintègrent jusqu'à ce qu’ils forment des atomes non-radioactifs stables.

            • Les isotopes capables de désintégration radioactive sont appelés radio-isotopes.




            • Ernest _______________________ a découvert les types principaux de rayonnement émis durant la désintégration nucléaire, ainsi que le noyau, et il a crée un modèle de l’atome.

                • Ses amis et lui ont placé une source radioactive à l’intérieur d’un bloc de plomb qui laissait passer le rayonnement que par une petite ouverture.

                • Une fois sorti de l’ouverture, le rayonnement traversait une fente entre des plaques électriquement chargées qui déviaient toutes particules électriquement chargées.

                • Les particules positivement chargées (particules alpha) déviaient vers la plaque négative, les particules négativement chargées (particules bêta) déviaient vers la plaque positive, et les particules qui n’avaient pas de charge traversaient le champ électrique.




            • Les _________________________________ sont des particules atomiques positivement chargées qui ont une masse beaucoup plus grande que les particules bêta et les rayons gamma.

                • Une particule alpha a la même combinaison de particules que le noyau d’un atome d’hélium.

                • α ou He représente une particule alpha.

                • Une particule alpha a une charge électrique de 2+ et se déplace plus ou moins lentement; elle n’est pas très pénétrante : une feuille de papier la bloque.

                • L’émission d’une particule alpha par un noyau est appelée désintégration alpha.

              • La somme des numéros atomiques (indices) et la somme des nombres de masse (exposants) de chaque côté de la flèche d’une désintégration alpha sont égales.




                  • Une ________________________________ est un électron.

  • β ou e représente une particule bêta; elle a une charge de 1- et son nombre de masse est 0 puisque les électrons ont une masse qui est 0.0005 X la masse d’un proton ou d’un neutron.

  • Les particules bêta sont légères et rapides, mais une feuille de papier d’aluminium peut les bloquer.

  • Dans la désintégration _________________, un neutron se change en proton et en électron; le proton demeure dans le noyau et l’électron sort du noyau avec beaucoup d’énergie.

      • Puisque le proton reste dans le noyau, le numéro atomique de l’élément augmente de 1 : il est devenu un atome de l’élément supérieur suivant du tableau périodique.

      • Le nombre de masse de l’isotope produit ne change pas puisque le neutron a été remplacé par un proton de masse presque égale.

      • Ex. I → Xe + β ou I → Xe + e




    • Les _______________________________ ont une courte longueur d’onde et beaucoup d’énergie.

          • Ils sont représentés par le symbole γ ; les rayons n’ont presque aucune masse et aucune charge.

          • Puisqu’ils sont la plus haute forme de rayonnement électromagnétique, il faut des blocs épais d’un matériel dense, comme le plomb ou le béton, pour les bloquer.

          • La désintégration gamma provient d’une redistribution de l’énergie à l’intérieur du noyau; un rayon gamma de haute énergie est libéré quand l’isotope passe d’un état énergétique élevé à un état énergétique faible.

          • Ex. Ni* → Ni + γ

(*signifie que le noyau du nickel a une énergie excédentaire)


  • Une ____________________________ est un ensemble de symboles qui indiquent les changements dans les noyaux des atomes durant une réaction nucléaire (en raison de la radioactivité).

    • Dans une équation nucléaire, la somme des nombres de masses ne change pas, et la somme des charges dans le noyau ne change pas n’ont plus.


P. 291 questions 1-5, P. 297 questions 1-5, et P. 301 questions 1-8, 10-13
7.2 La période radioactive


  • Pour _______________________________ des restes d’une plante ou d’un animal, on peut mesurer le changement qui se produit au fil du temps dans la radioactivité des ces restes.

  • Tous les organismes sur Terre contiennent du carbone; quand un organisme est en vie, le rapport entre le # d’atomes de __________________ et le # d’atome de carbone 12 reste presque constant.

    • Quand un organisme meurt, ses atomes de carbone 14 se désintègrent sans être remplacés.

    • Le rapport entre la quantité de carbone 14 et de carbone 12 diminue avec le temps, et la mesure entre ce rapport permet d’estimer l’âge des restes d’organismes.

    • La datation au carbone 14 consiste à déterminer l’âge d’un organisme mort en mesurant la quantité de carbone 14 qu’il renferme.




  • On compare les taux de désintégration radioactive à l’aide d’une période radioactive (cette période est constante pour tout isotope radioactif).

    • La ____________________est égale au temps qu’il faut à la moitié des noyaux d’un échantillon pour se désintégrer.

      • Ex. La période du radio-isotope strontium 90 est de 29 ans. Si tu as 10 g. de strontium 90 aujourd’hui, il t’en restera 5 g. dans 29 ans.

  • Une courbe de désintégration est une courbe qui montre le taux de désintégration d’un radio-isotope.

    • La seule différence entre les courbes de désintégration de différents radio-isotopes est la durée de la période radioactive.

      • Ex. Le radon 222 a une période de 3.8 jours, et l’uranium 238 a une période de 4.5 milliards d’années.




  • L’isotope qui se désintègre est appelé l’_____________________________.

  • Le produit stable d’une désintégration radioactive est appelé l’____________________________.

    • On peut obtenir un isotope fils par une réaction directe ou par une série de désintégrations.




  • On peut considérer comme des horloges toutes les méthodes qui servent à déterminer le passage du temps ou l’âge de quelque chose.

    • Ex. Rutherford a utilisé le taux de désintégration constant pour déterminer l’âge de la Terre.

    • Ex. Le potassium 40 a une période de 1.3 milliard d’années.

      • Son isotope fils est l’argon 40.

      • Lors d’une éruption volcanique, tous les gaz (incluant l’argon 40) sont expulsés de la roche en fusion.

      • Ce processus remet à 0 l’horloge du potassium.

      • À mesure que la roche se refroidie et se solidifie, elle emprisonne les gaz qui se forment à l’intérieur d’elle (par la désintégration nucléaire).

      • Ainsi, la masse de l’isotope fils (argon 40) augmente à mesure que la masse de l’isotope parent diminue (potassium 40).

      • Les masses de potassium 40 et d’argon 40 sont égales 1.3 milliard années après une éruption volcanique.


P. 311 questions 1-3, 5-7, 9-13
7.3 Les réactions nucléaires


  • La _____________________________ est la division d’un noyau massif en 2 noyaux moins massifs, en particules subatomiques, et en énergie.

    • Les gros noyaux ont tendance à être instables à cause des forces de répulsion entre les nombreux protons.

    • Pour être plus stables, ils se divisent en atomes avec des noyaux plus petits.

    • L’énergie dégagée par la fission d’un noyau peut servir à produire de l’électricité.

  • Même si les réacteurs nucléaires réduisent les besoins en combustibles (comme le charbon et le gaz naturel), ils produisent des déchets qu’il faut entreposer pour des centaines de milliers d’années.




  • Dans une ______________________________, le noyau d’un atome change en absorbant/ libérant des particules (protons, neutrons, ou/et électrons) ou de l’énergie (rayons gamma) : il y a une petite variation dans la masse qui donne lieu a une grande variation d’énergie.

  • Une réaction nucléaire induite se produit quand les scientifiques prennent un noyau instable et provoque une réaction nucléaire.

    • On induit une réaction nucléaire en bombardant un noyau avec des particules alpha, des particules bêta ou des rayons gamma.

    • Ex. α + N → O + p ou He + N → O + H

      • Une énorme quantité d’énergie est nécessaire pour qu’une particule α (ayant une charge de 2+) entre en collision avec un noyau d’azote 14 (ayant une charge de 7+), puisque la répulsion entre les charges positives est très grande.




  • La fission nucléaire de l’_________________est le principal type de fission utilisée pour les armes nucléaire et dans les centrales nucléaires canadiennes puisque beaucoup moins d’énergie est nécessaire pour qu’il y aille une collision entre un neutron et son noyau.

      • Ex. n + U → Kr + Ba + 3 n + énergie




      • Quand les noyaux d’uranium subissent une fission, ils libèrent des neutrons qui déclenchent d’autres réactions de fission en autant qu’il y aille de l’U.

  • Une _____________________________________ est une réaction continue dans laquelle une réaction déclanche la réaction suivante.

  • Le # de fissions et la quantité d’énergie libérée peuvent augmenter rapidement et aboutir à une violente explosion nucléaire.

  • Enrico Fermi et ses collègues ont découvert que des substances absorbant les neutrons peuvent contrôler les réactions de chaîne : ils ont construit le 1er réacteur nucléaire.

  • Ils ont employé des tiges de cadmium pour absorber les neutrons.




  • Le Canada est un défenseur de l’utilisation pacifique de la technologie nucléaire pour des applications médicales et la production d’électricité.

    • Les réacteurs nucléaires canadiens sont appelés « _____________________________ » (CANada Deutérium Uranium).

      • Le deutérium est un isotope de l’hydrogène 1 qui est 2X plus lourd parce que son noyau a 1 proton et 1 neutron.

    • Les centrales nucléaires et les centrales à combustibles fossiles produisent beaucoup de chaleur grâce à des réactions comme celle-ci :

n + U → Kr + Ba + 3 n + énergie


  • Cette chaleur est utilisée pour bouillir de l’eau, qui ensuite produit de la vapeur pour faire fonctionner les turbines productrices électricité.




  • La ________________________________ est la réaction par laquelle 2 noyaux de faibles masses se lient pour former un noyau plus massif.

    • Cette réaction se produit au centre du Soleil (et d’autres étoiles), où la pression et la température sont assez élevés pour provoquer une collision très violente entre les isotopes d’hydrogène.

              • 2 noyaux d’hydrogène se fusionnent en 1 seul noyau.

      • Hydrogène 2 et hydrogène 3 se combinent et libèrent une énorme quantité d’énergie (en lumière et en chaleur) :

H+ H → He + n + énergie
P. 315 questions 1-4, P. 325 questions 1-11, 13, et P. 326-327 questions 10-13, 16, 17, 19-21, 23-29

Sciences 10 - M. Allard

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