Physique Chap. 7
Atome et noyau-Décrire les modèles classique et quantiques de l'atome et du noyau-Comparer les caractéristiques de l'atome et du noyau, en particulier du point de vue des énergies de liaison-Connaître l'âge de l'Univers et du systmème solaire et expliquer d'où vient la matière qui nous entoure et quand elle a été produite
Atome et noyau-Décrire les modèles classique et quantiques de l'atome et du noyau-Comparer les caractéristiques de l'atome et du noyau, en particulier du point de vue des énergies de liaison-Connaître l'âge de l'Univers et du systmème solaire et expliquer d'où vient la matière qui nous entoure et quand elle a été produite
L'importance de N et de Z pour qualifier les propriétés d'un noyau a donné naissance à la?
carte des nucléides,
dans laquelle chaque nucléide est représenté dans une case définie en horizontal par le nombre de neutrons et en vertical par le nombre de protons
Les nucléides de faibles masses ont environ le même nombre de?
protons que de neutrons (Z=N)
Par exemple, le carbone‐12 contient 6 protons et 6 neutrons
les nucléides plus lourds tendent à avoir passablement plus de?
neutrons que de protons (N>Z)
Par exemple, Au‐197 possède 118 neutrons pour 79 protons.
Bien que les protons exercent entre eux une force électromagnétique répulsive, les nucléons...?
restent confinés à l'intérieur du noyau grâce à l'attraction de la force nucléaire qui agit de manière identique entre tous les nucléons (proton‐proton, neutron‐neutron, proton‐neutron).
La Figure 40 présente graphiquement l'énergie de liaison selon la formule semi‐empirique de Weizsäcker qui prend en compte la force nucléaire (très attractive pour un nucléon situé profondément dans le noyau, mais un peu moins à la surface) et la répulsion électromagnétique.
voir image
Que-est ce que on peut constater si on regarde l'image?
On constate que les éléments très légers ont une faible énergie de liaison
Les éléments qui nous composent se trouvent au début de la diagonale de ce graphique et leur énergie de liaison augmente jusqu'à ce qu'on arrive dans la zone qui va du...?
fer au germanium
Pour les éléments plus lourds, en direction de l'argent, du gadolinium, du plomb et de l'uranium, l'énergie de liaison...?
diminue progressivement.
Que-est ce que permet d'expliquer cette figure?
les deux mécanismes par lesquels de l'énergie nucléaire peut être émise par le noyau.
Lorsque l'on effectue la fusion de deux noyaux de petites tailles, l'énergie de liaison du noyau qui en résulte est plus..?
importante
C'est ce qui se passe dans le Soleil ou dans une bombe thermonucléaire : une grande quantité d'énergie est dégagée.
Dans le cas de la fission d'un noyau lourd (situé aux environs de l'uranium) les noyaux qui en résultent se retrouvent
vers le centre de la carte des nucléides et sont davantage liés. Ce phénomène est mis à profit dans les centrales nucléaires produisant de l'électricité.
En première approximation, la structure des niveaux énergétiques du noyau est semblable à celle des?
électrons atomiques, mais un peu plus complexe en raison de la présence de deux types de nucléons (Image a)
Comme les électrons, les nucléons ont un spin de valeur?
± 1/2
Le spin nucléaire S est égal à la somme...?
vectorielle des spins individuels des nucléons s (Pfeil auf s, da vektor)
Qui possède un spin nucléaire S (mit Pfeil oben, da vektor) ≠ 0?
uniquement les noyaux possédant un nombre de protons Z et/ou de neutrons N impairs
Si le spin nucléaire est non nul,...?
lors il existe aussi un moment magnétique μ (mit Pfeil oben, da vektor), qui lui est colinéaire :
La matière qui nous compose et qui nous entoure n'a pas?
existé sous cette forme de toute éternité
Qui permet d'estimer l'âge de la Terre (et du système solaire)?
La géochronologie, basée sur la mesure de la radioactivité
Quelle âge a la Terre aujourd'hui?
à 4.54 ± 0.05 milliards d'années
l'Unviers
voir image
la maitère est faite...?
d'atomes, composés de noyaux qui contiennent des nucléons (protons et neutrons) autour desquels gravitent des électrons.
Les modèles de l'atomes et du noyau requièrent chacun une description...?
quantique où les électrons et les nucléons sont représentés par des fonctions d'onde.
Comme bien d'énergie il faut pour extraire un électron de l'atome et un nucléon du noyau?
environ 10eV pour l'électron (de l'atome) et
un million de fois plus pour un nucléon (du noyau)
Où est localisé l'essentiel de la masse d''un atome?
dans le noyau (typiquement >99.9%)
le diamère du noyau comparer à celui de l'atome?
100'000x plus petit que celui d'un atome
La matière qui nous compose et qui nous entoure est fruit de quoi?
de multiples transformations qui ont eu lieu dans des étoiles depuis le bigbang
Quand à eu lieu le bigbang?
il y a 13.7 milliards d'années
Quand à été formé notre système solaire?
il y a 4.5 milliards d'années (il est plus récent du bigbang)
Que-est ce que disait le prix Nobel de physique 1965 Richard Feynman?
toutes les choses sont faites d'atomes - des petites particules qui se déplacent en mouvement perpétuel, qui s'attirent l'une l'autre quand elles sont proches, mais qui se repoussent lorsqu'elles sont pressées l'une contre l'autre.
Que-est ce qui a été ajouter au prix Nobel de physique 1965?
En 2017, le prix Nobel de chimie Jacques Dubochet ajoutait que la connaissance de la structure atomique est indispensable pour comprendre le fondement de n'importe quel processus biologique.
Est-ce que la matière est omniprésente?
oui, même dans le "vide" intersidéral (interstellar), on compte de 10 à 1000 molécules par cm3 (contre 1020 dans l'air au niveau de la mer).
D'où vient la notion d'atome?
de la Grèce antique où Democrite pensait que si l'on admet que tout est divisible, on en vient fatalement au moment où la plus petite entité ne pourra plus être divisée.
C'est vrai qu'on peut pas divisés les atomes?
ajourd'hui on sait qu'on peut les divisés
De quoi est composé l'atome selon le modèle classique?
d'un noyau chargé positivement contenant des protons et des neutrons centrés sur un nuage d'électrons, un peu à la manière de notre système solaire
Quelle est la charge élementaire négative d'un électron?
e = -1.6 x 10-19
Quelle est la masse d'un électron?
9.1 x 10-31 kg ou 511 keV/c2
Que-est ce que c'est le numéro atomique Z?
nombre de protons et électrons (dans un atome neutre)
Quelle est la taille d'un atome?
10-10m ou 1Å
Comme bien d'atomes contient un humain de 70kg?
6.7 x 1027 atomes
Si on imagine la quantité d'atomes qui se trouve dans un humain de 70kg alignés sur une ligne, et que l'on suppose que chacun d'eux occupe 1 Å , cela correspond à une distance d'environ...?
70 années lumière!
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la maitère est faite...?
d'atomes, composés de noyaux qui contiennent des nucléons (protons et neutrons) autour desquels gravitent des électrons.
Les modèles de l'atomes et du noyau requièrent chacun une description...?
quantique où les électrons et les nucléons sont représentés par des fonctions d'onde.
Comme bien d'énergie il faut pour extraire un électron de l'atome et un nucléon du noyau?
environ 10eV pour l'électron (de l'atome) et
un million de fois plus pour un nucléon (du noyau)
Où est localisé l'essentiel de la masse d''un atome?
dans le noyau (typiquement >99.9%)
le diamère du noyau comparer à celui de l'atome?
100'000x plus petit que celui d'un atome
La matière qui nous compose et qui nous entoure est fruit de quoi?
de multiples transformations qui ont eu lieu dans des étoiles depuis le bigbang
Quand à eu lieu le bigbang?
il y a 13.7 milliards d'années
Quand à été formé notre système solaire?
il y a 4.5 milliards d'années (il est plus récent du bigbang)
Que-est ce que disait le prix Nobel de physique 1965 Richard Feynman?
toutes les choses sont faites d'atomes - des petites particules qui se déplacent en mouvement perpétuel, qui s'attirent l'une l'autre quand elles sont proches, mais qui se repoussent lorsqu'elles sont pressées l'une contre l'autre.
Que-est ce qui a été ajouter au prix Nobel de physique 1965?
En 2017, le prix Nobel de chimie Jacques Dubochet ajoutait que la connaissance de la structure atomique est indispensable pour comprendre le fondement de n'importe quel processus biologique.
Est-ce que la matière est omniprésente?
oui, même dans le "vide" intersidéral (interstellar), on compte de 10 à 1000 molécules par cm3 (contre 1020 dans l'air au niveau de la mer).
D'où vient la notion d'atome?
de la Grèce antique où Democrite pensait que si l'on admet que tout est divisible, on en vient fatalement au moment où la plus petite entité ne pourra plus être divisée.
C'est vrai qu'on peut pas divisés les atomes?
ajourd'hui on sait qu'on peut les divisés
De quoi est composé l'atome selon le modèle classique?
d'un noyau chargé positivement contenant des protons et des neutrons centrés sur un nuage d'électrons, un peu à la manière de notre système solaire
Quelle est la charge élementaire négative d'un électron?
e = -1.6 x 10-19
Quelle est la masse d'un électron?
9.1 x 10-31 kg ou 511 keV/c2
Que-est ce que c'est le numéro atomique Z?
nombre de protons et électrons (dans un atome neutre)
Quelle est la taille d'un atome?
10-10m ou 1Å
Comme bien d'atomes contient un humain de 70kg?
6.7 x 1027 atomes
Si on imagine la quantité d'atomes qui se trouve dans un humain de 70kg alignés sur une ligne, et que l'on suppose que chacun d'eux occupe 1 Å , cela correspond à une distance d'environ...?
70 années lumière!
Il existe plus d'une centaine d'éléments, mais trois d'entre eux composent à eux seuls presque 99 % du nombre d'atomes dans le corps humain. lesquelles?
l'hydrogène (62.9%), l'oxygène (23.9%) et le carbone (11.9%).
Il y a une description plus explicative du modèle planétaire?
oui, le modèle quantique dans lequel les électrons gravitent également autour du noyau, mais où leur position n'est pas connue précisément.
Comme est définie le modèle quantique?
par des orbitales ou fonction d'onde qui traduisent la probabilité qu'un électron se trouve dans un espace donné
Dans le modèle quantique, chaque orbitale est associée à des énergies de liaison...?
quantifiées est spécifiques à l'élément considéré
De comme bien de nombres quantiques dépend l'énergie de liaison de chaque électron de l'atome?
4
Que-est ce que stipule le principe d'exclusion de Pauli?
que 2 électrons n'ont jamais exactement les mêmes nombres quantiques à l'intérieur d'un même atome
Comment sont liés les électrons les plus périphériques au noyau?
ce sont ceux qui sont les moins liés
Pourquoi les électrons les plus périphériques sont importante?
Parce que ils jouent un rôle important dans les réactions chimiques et la formation des molécules.
Comment s'appele l'énergie de liaison de l'électron le moins lié?
l'énergie d'ionisation
l'énergie de ionisation
voir image
A l'intérieur d'un atome, un électron peut passer d'une orbitale à une autre pour autant que l'orbitale de destination est...?
inoccupée
Que-est ce que faut à un électron pour passer d'une orbitale à une autre?
Ceci nécessite un apport d'énergie externe si l'orbitale l'électron se retrouve moins lié.
Cette situation est similaire à celle d'un objet qui serait posé sur le sol et qui monterait sur une table : cela n'est possible que s'il reçoit de l'énergie externe.
Dans le cas d'un électron, cette opération s'appelle une excitation, et l'énergie externe peut provenir par exemple de l'absorption d'un photon ou d'une collision avec une particule chargée passant à proximité.
Si l'orbitale de destination est davantage liée, la transition peut se faire de manière...?
spontanée
L'énergie potentielle perdue est par exemple libérée sous la forme d'un...?
photon
Ici aussi, l'analogie avec un objet posé sur une table est valide : il peut spontanément tomber par terre et l'énergie potentielle ainsi perdue est libérée, par exemple sous la forme d'une onde sonore.
Pour l'électron dans l'atome, lorsque l'énergie est libérée sous la forme d'un photon, on utilise le terme de...?
rayonnement de fluorescence ou rayon X caractéristique, car les énergies possibles sont caractéristiques de l'élément considéré.
La Figure 38 présente quelques‐unes de ces transitions ainsi que l'énergie d'une transition particulière aboutissant sur la couche K en fonction du numéro atomique de l'atome.
voir image
Quelle direction prendent les photons émis lors de telle transitions spontanées ?
totalement aléatoires
Comment se produisent ces transitions?
pas instantanément.
On assiste en effet à un état instable qui dure un certain temps, également caractéristique de l'élément et des orbitales concernées.
Cela rend possible de stimuler le processus de transition avec un photon dont l'énergie correspond exactement à l'énergie de la transition.
Ce photon interagit avec l'électron (sans être absorbé) qui procède à la transition au même moment qu'il émet un rayonnement caractéristique
Que-est ce qu'on observe au final?
deux photons d'énergie identique qui se déplacent dans la même direction. Ce phénomène s'appelle émission stimulée ou émission induite, pour le distinguer de l'émission spontanée. Il est à la base du rayonnement laser
Comment est composé selon le modèle classique le noyau (nucléide)?
de Z protons (de charge +) et de N neutron (charge 0)
