LE NOYAU DE L'ATOME : LA RADIOACTIVITÉ


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Unité de masse atomique

Définition : L’unité de masse atomique est symbolisée par "u." et c’est par convention, le douzième de la masse de
l’isotope le plus abondant du carbone (
12C).
On note donc que la masse de NA atomes de carbone 12 est de 12 grammes.

1 u. = 1,66(05402).10-27 kg

Pour faciliter les calculs, on donnera les masses des atomes en u. aussi :

mproton = 1,00730* u.                         mneutron = 1,00866* u.                          mélectron = 0,00055* u.

*Attention, selon les références choisies, ces valeurs peuvent différer légèrement mais cela ne change en rien les savoirs faire présentés dans
ce cours.

Alors, la masse isotopique relative d’un atome est donnée par le rapport de la masse de l'atome sur 1/12 de celle de
l'isotope 12 du carbone, soit :

ce calcul conduit à un nombre abstrait qui représente la masse atomique relative si l’on prend une mole de l’atome
considéré.

Attention, la masse atomique relative d’un élément naturel est la moyenne des masses isotopiques relatives des
isotopes qu’il contient naturellement.
On lui attribue la valeur de la masse atomique en g.mol
-1 (pour le carbone naturel, il y a du carbone 12, 13 et très peu
de 14 aussi, M = 12,011 g.mol-1)

Remarques :
- masse atomique (sens strict) = masse d’un atome 15,995 u. pour le
16O et  17,999 pour 18O
- masse molaire atomique ou masse atomique : 15,995 g.mol-1 pour le 16O (seule l’unité change)
- masse atomique proposée dans la classification : 15,999 g.mol-1 qui tient compte des isotopes présents naturellement
(
16O, 17O et 18O)
- masse molaire moléculaire = masse molaire : 15,999 x 2 = 31,998 g.mol
-1 pour la molécule O2 naturelle (on prend en
compte la formule du corps et le mélange des isotopes
)
 

Utilisation de u.

L’énergie de liaison des nucléons dans le noyau peut être obtenue à partir de la relation d’Einstein qui est symbolisée par
l'expression ΔE = Δm.c2.
Sachant que la masse d’un noyau est toujours inférieure à la somme des masses des nucléons qui le composent.

Exemple : l’hélium 4 a une masse de 4,00260 u.
2 neutrons = 2 x 1,00866 u.
2 protons = 2 x 1,00727 u.                soit             mparticules = 4,03186 u.
Le défaut de masse      Δm = 0,02926 u.
ΔE = Δm.c2 = 0,02926 x (10-3 kg / 6,022136.1023) x (2,99792458.108)2 / 1,602.10-19)
ΔE = 0,02926 . 931,5 MeV = 27,3 MeV
Cela signifie que lors de sa formation, un noyau d'hélium libère 27,3 MeV.

En général le résultat est proposé en MeV par nucléon sous forme d'une courbe appelée courbe d'Aston.

               
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Les éléments dont les nombres de masse sont compris entre 40 et 60 sont plus stables.
On comprend que la fission (casser les éléments les plus lourds en éléments plus légers) ou la fusion (fusionner les
éléments les plus légers en éléments plus lourds), libère de l'énergie puisque on obtient des éléments plus stables dans
les deux cas (plus de détails sur cette courbe en suivant le cours).

 


Atomistique et liaison chimique           Le noyau de l'atome            Exercices                   
Pr Robert Valls                                                                                                                                                        robert.valls@univ-amu.fr