Ii-1 Activité : historique de la découverte de la radioactivité naturelle et de la radioactivité artificielle








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date de publication19.10.2016
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CHAPITRE VIII : RADIOACTIVITE ET REACTIONS NUCLEAIRES

  1. LE NOYAU ATOMIQUE (RAPPELS)

I-1) Composition d’un noyau

Les particules constitutives du noyau d’un atome sont appelées …………………………….. .

Parmi les nucléons on distingue :

  • les ………………………………. (masse mp, charge électrique qp = +e) ;

  • les ………………………………. (masse mn, charge élecrique qn = 0 C).


N.B. e = 1,602 x 10-19 C ; mp≈ mn≈ 1,7 x 10-27 kg
Un noyau donné est désigné par le symbole :

où :


  • Z est le ………………………………………………………………………. (ou nombre de charge) et correspond au nombre de ………………………………. .

  • A est le ……………………………………………………………………… et correspond au nombre de …………………………………..

  • X est le symbole de l’élément correspondant.



N.B Le nombre de neutrons est A-Z

Exercice

Donner le symbole du noyau de l’atome de chlore (Cl) comportant 17 protons et 18 neutrons.

I-2) Isotopes

Deux noyaux sont isotopes s’ils possèdent le même ………………………………………………………………………………………….. et des nombres de …………………………………………………………. différents.

Exemple : Isotopes naturels de l’oxygène

(99,76%*)

(0,04%*)

(0,20%*)

*pourcentage atomique dans les composés naturels.

II) COHESION D’UN NOYAU ET RADIOACTIVITE

II-1) Activité : historique de la découverte de la radioactivité naturelle et de la radioactivité artificielle

Document 1

Animation du CEA (Commissariat à l’Energie Atomique) : « Découverte-de-la-radioactivité.swf ».

Document 2

« C’est de la physique », extrait vidéo de l’adaptation cinématographique réalisée par Claude Pinoteau d’une pièce de théâtre de Jean-Noël Fenwick (crée le 19 septembre 1989 au théâtre des Mathurins). Celle-ci est inspirée de la vie de Pierre et Marie Curie et raconte leurs travaux à l'École supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (ESPCI ParisTech), au cours desquels ils ont découvert le polonium et le radium.

D’après encyclopédie Wikipédia

Document 3

Document intitulé « la découverte d’un nouvel élément » à la page 135 de votre livre.

Document 4

« En 1898, Marie Curie, physicienne française d’origine polonaise, choisit comme sujet de thèse de doctorat l’étude » du rayonnement Uranique découvert en 1896 part Henri Becquerel. « Elle examine systématiquement un grand nombre de composés chimiques et de minéraux, et découvre que les minerais d’uranium telle la pechblende émettent plus de rayonnement que l’uranium lui-même. Elle déduit de ce fait remarquable que ces substances contiennent, en très petite quantité, un élément beaucoup plus actif que l’uranium. Pierre Curie, son mari, joint ses efforts à ceux de Marie et après avoir manipulé des tonnes de minerai, ils parviennent à isoler deux nouveaux éléments radioactifs, le polonium puis le radium…Pour la découverte de la radioactivité naturelle, Henri Becquerel et les Curie reçoivent le prix Nobel de physique en 1903. »

Physique Chimie 1°S, collection Sirius aux éditions Nathan, page 182.

Document 5

En 1934, Irène fille ainée du couple Curie, et son mari Frédéric Joliot, découvrent la radioactivité artificielle en provoquant une transformation nucléaire qui produit de nouveaux noyaux radioactifs. Une feuille d’aluminium bombardée avec des noyaux d’hélium donne des noyaux de phosphore radioactif , un isotope du phosphore stable , jamais observé dans la nature. Ils le démontrent en isolant chimiquement le phosphore produit avant qu’il ne se désintègre en silicium par radioactivité .Le prix Nobel de chimie leur est attribué en 1935 pour cette découverte qui trouvera rapidement de nombreuses applications.

Physique Chimie 1°S, collection Sirius aux éditions Nathan, page 182.

A l’aide des différents documents répondre aux questions suivantes :

  1. Par quoi sont constitués les rayons cathodiques obtenus par Röntgen à l’aide du tube de Crookes ?

  2. Quelle est la nature des rayons X obtenus par Röntgen ?

  3. Qu’est-ce que la phosphorescence ? La luminescence ?

  4. Combien d’hypothèses Henri Becquerel fait-il pour obtenir une interprétation correcte des résultats expérimentaux qu’il obtient ? Les énumérer.

  5. Est-ce l’énergie lumineuse emmagasinée par les sels d’uranium qui impressionne les plaques photographiques ? Justifier.

  6. Quelle conclusion Becquerel tire-t-il du résultat de ses expériences (1896)?

  7. Que signifie la phrase suivante prononcée par Isabelle Huppert jouant le rôle de Madame Curie dans le film de Claude Pinoteau, les palmes de monsieur Schutz : « L’hyper-phosphorescence ça n’est donc pas une réaction chimique, c’est de la physique, c’est une propriété intrinsèque de l’uranium. »

  8. Pour Marie Curie, quelle anomalie présente le minerai d’Autriche appelé pechblende ? Quelle hypothèse est suggérée pour expliquer cette anomalie ?

  9. Observer, comprendre, agir sont les trois grandes étapes de la démarche scientifique. Montrer comment la découverte du polonium (puis du radium), résulte de la mise en œuvre de cette démarche.

  10. Quelle est la différence entre radioactivité naturelle et radioactivité artificielle ? A quels scientifiques est attribuée leur découverte respective ?

  11. Donner quelques exemples d’applications de la radioactivité.

II-2) Cohésion d’un noyau

Au sein d’un tout petit volume, le noyau, il existe des forces de répulsion (interaction électromagnétique) considérables entre les protons chargés positivement. La cohésion du noyau ne peut donc être assurée que par des forces attractives agissant à très courte distance (interaction forte). Selon le nombre de protons et de neutrons dans un noyau donné chacune des interactions antagonistes (interaction forte et interaction électromagnétique) peut être plus ou moins importante rendant le noyau plus ou moins stable.

II-3) Diagramme de stabilité (N, Z)

II-3-1) Présentation

L’ensemble des noyaux connus (artificiels ou naturels) sont classés dans un diagramme (N, Z) appelé aussi diagramme de Segré (voir ci-dessous). Le logiciel Nucléus que vous allez utiliser reprend ce diagramme.

Sur le diagramme de stabilité (N, Z) :

  • La zone de couleur noire défini le domaine ou vallée de ………………………………… (pour Z<20 : N ≈ Z ; pour Z >20 , N > Z) ;

  • La zone de couleur orange définit les noyaux (ou nucléides) instables par excès de ……………………………. .

  • La zone de couleur bleue indique les noyaux instables par excès de ……………………………. .

  • La zone de couleur jaune indique les noyaux instables par excès de ……………………………. .


II-3-1) Activité

Utilisez le logiciel Nucleus pour répondre aux questions suivantes :

  1. Comment nomme-t-on les noyaux ayant même ordonnée sur le diagramme (N, Z) ?

  2. Identifier le noyau stable le plus lourd. Donner son nom et sa notation symbolique.

  3. Repérer les noyaux suivants sur le diagramme (N, Z) : , , et indiquer s’ils sont stables ou instables. Parmi les noyaux instables indiquer ceux qui sont instable par excès de protons, par excès de neutrons ou excès de nucléons.

II-4) Qu’est-ce que la radioactivité ?

Un noyau instable appelé noyau …………………………….. , est susceptible de se décomposer de manière …………………………….. et …………………………….. :

  • en donnant un noyau plus stable appelé noyau …………………………….. ;

  • en émettant une …………………………….. ( ou 

  • en émettant généralement un……………………………..…………………………….. .

On parle alors de transformation nucléaire. Le phénomène associé est appelé radioactivité.

II-5) Différence entre radioactivité naturelle et artificielle

La radioactivité est dite naturelle lorsque les noyaux instables existent dans la ……………………………………. ; elle est dite artificielle lorsqu’ils sont créés en ……………………………………..

  1. LES DIFFERENTS TYPES DE DESINTEGRATIONS RADIOACTIVES

III-1) Lois de conservation ou lois de Soddy

Lors d’une transformation nucléaire il y a conservation :

  • du nombre de ……………………………… ;

  • du nombre de ……………………………… .

III-2) Radioactivité - et +

Type de radioactivité

Particule(s) émise(s)

Equation de la réaction nucléaire (cas général)

Noyaux du diagramme (N, Z) concernés

Exemple

radioactivité

noyau d’hélium












radioactivité -

électron (et un antineutrino)*










radioactivité +

positron (et un neutrino)*










*radioativité - : l’interaction faible intervient un neutron est transformé au sein du noyau en proton, un électron et un antineutrino sont éjectés du noyau : + + antineutrino

*radioativité + : l’interaction faible intervient un proton est transformé au sein du noyau en neutron, un positon et un neutrino sont éjectés du noyau : + + antineutrino

III-3) Exercice

Faire l’exercice 23 à la page 147 de votre livre.

III-4) Emission

Le noyau fils issu d'une désintégration ou  est le plus souvent dans un état excité instable (noté ). Il devient stable en libérant son excédant d’énergie sous forme d’un rayonnement électromagnétique de même nature que la lumière mais invisible et de très grande énergie, appelé rayonnement .

Equation de l’émission  :

Exemple : émission  suite à une désintégration radioactive 

…………….. + ……………..

……………..  …………….. + ……………..

III-5) Activité d’un échantillon radioactif

Les noyaux d’un échantillon radioactif ne se désintègrent pas tous simultanément : l’activité nous renseigne sur la rapidité de la disparition des noyaux radioactifs.

L’activité A d’un échantillon radioactif est le nombre de désintégrations qu’il produit par seconde.

L’unité de A est le becquerel (Bq) ; 1Bq = 1 désintégration par seconde.

Activité moyenne de quelques objets quotidiens, donnée pour 1 kg : voir doc. 4 page 139 du livre

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