Chapitre 8 : radioactivité et réactions nucléaires

I) la réaction nucléaire

1) pourquoi un noyau peut-il être radioactif ?

A l’intérieur du noyau il existe, entre les nucléons, des forces d’interactions répulsives et attractives. Si les forces répulsives sont supérieures aux forces attractives le noyau peut se casser : il est instable. Lorsqu'un noyau est instable il se désintègre en émettant d'autres particules plus petites et un rayon(gamma) . Un rayon  est une onde électromagnétique comme la lumière mais d'énergie beaucoup plus importante. Ce phénomène est appelé la radioactivité. Il s’agit d’une réaction nucléaire (intervenant dans le noyau) spontanée.

La radioactivité a été découverte par Pierre et Marie Curie. Ils ont reçu le prix Nobel de physique en 1903.

2) différents types de radioactivité naturelle

On distingue 3 types de particules pouvant être émise :

- un noyau d'hélium ₂⁴He, appelé particule (alpha) . Ce type de radioactivité est appelée radioactivité alpha

-un électron, appelé particule (béta moins). L'électron possède un nombre de masse nulle et une charge égale à -1 ( -1,6 x 10^{-19 C ).} Sa formule est :

Ce type de radioactivité est appelée radioactivité béta moins

- un positon ou particule , qui possède un nombre de masse nul et une charge égale à +1 ( 1,6 x 10^{-19C ). Il correspond à un "électron positif ". Ce type de radioactivité est appelée} radioactivité .

Sa formule est :

3) activité d’un échantillon

animation : l’activité en becquerel

L’activité A d’un échantillon correspond au nombre de désintégration radioactive par seconde. Son unité est le becquerel (Bq).

un becquerel correspond à une désintégration par seconde.

exemple d’activité :

l’eau du robinet : A = 1 Bq

lait : A = 80 Bq

corps humain : A = 120 Bq

poisson A = 200 Bq

granite A = 400 Bq

4) réactions nucléaires provoquées

On distingue 2 types de réactions nucléaires provoquées :

- La fission :  elle correspond à la cassure d'un noyau lourd instable en noyaux plus légers et plus stable.  La fission s'accompagne d'un dégagement d'énergie communiquée aux noyaux sous forme d'énergie cinétique, ou sous forme de rayonnement .  Les réactions de fission provoquées se déroulent dans les réacteurs des centrales nucléaires.

-La fusion : c’est une réaction au cours de laquelle 2 noyaux légers instable s'unissent pour former un noyau plus lourd et plus stable. La fusion dégage de l'énergie sous forme de rayonnementet d’énergie cinétique des particules. Des réactions de fusion se déroulent dans le soleil.

II) écriture d’une réaction nucléaire

1) lois de conservation (lois de Soddy)

Une réaction nucléaire spontanée ou provoquée est symbolisée par une équation qui obéit à 2 lois

- La somme des charges électriques des réactifs est égale à la somme des charges électriques des produits : le nombre de charge se conserve.

- La somme des nucléons des réactifs est égale à la somme des nucléons des produits. Le nombre de nucléon se conserve.

2) exemple

animation : désintégration dans la famille de l’uranium

Réaction nucléaire spontanée	Particule émise	Exemple de réaction	Conservation du nombre de masse	Conservation du nombre de charge électrique
Radioactivité alpha	Noyau d’ Hélium		238 = 4 + 234	92 = 2 + 90
Radioactivité béta moins	Electron		14 = 0 + 14	6 = -1 + 7
Radioactivité béta plus	Positon		123 = 0 + 123	53 = 1 + 52

Réaction nucléaire provoquée	Exemple de réaction	Conservation du nombre de charge électrique	Conservation du nombre de masse
fission		238 + 1 = 94 + 139 + 3x1	92 + 0 = 38 + 54 +3x0
fusion		2 + 3 = 4 + 1	1 + 1 = 2 + 0

III) énergie libérée au cours d’une réaction chimique

1) définition (Vidéo)

Au cours d'une réaction nucléaire il ya perte de masse : la masse des réactifs est supérieure à la masse des produits formés. Cette perte de masse est convertie en énergie libérée. L’expression de l’énergie libérée est :

E_(libérée) = (m_réactifs - m_produits).c² > 0

2) exemple

Le noyau de radium instable se désintègre spontanément en radon et en hélium. L’écriture de la réaction est :

à +

L’énergie E libérée par cette réaction est :

E = [m_Ra –(m_Rn + m_He ) ] .c²

E = [-(221,970 + 4,001) + 225,977 ] ´ 1,66054´10^–27 ´ (3,00´10⁸ )²

E = 8,97´10^–13 J