Établir l'équation d'une réaction nucléaire et déterminer le type de radioactivité
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Utiliser des données et les lois de conservation pour écrire l’équation d’une réaction nucléaire et identifier le type de radioactivité.
- La radioactivité est un phénomène spontané et aléatoire au cours duquel un noyau instable (appelé noyau radioactif) se transforme en un nouveau noyau appartenant à un autre élément chimique. Au cours de cette désintégration radioactive, une particule et un rayonnement électromagnétique gamma sont émis.
- La nature de la particule permet de distinguer trois
types de désintégrations radioactives.
- La radioactivité béta moins si la particule est un électron.
- La radioactivité béta plus si la particule est un positon.
- La radioactivité alpha si la particule est un noyau d’hélium 4.
- Une équation nucléaire respecte deux lois de conservation : la conservation du nombre de masse et la conservation du nombre de charges.
- Noyau : protons, neutrons, nombre de masse, numéro atomique
- Équation de réaction nucléaire
- Lois de conservation
Le monde subatomique est composé par les constituants de l’atome (tels que les protons, les neutrons et les électrons), et par les particules produites par les phénomènes nucléaires (tels que les photons, les neutrinos, les positons, etc.).
Les noyaux atomiques sont constitués de particules subatomiques.
Un noyau est composé de protons (qui portent une charge électrique élémentaire positive) et de neutrons (électriquement neutres).
L’élément chimique auquel appartient le noyau est défini par le nombre de charges Z (qui est égal au nombre de protons) et on définit le nombre de masse A du noyau qui est égal à la somme des protons et des neutrons.
Un noyau appartenant à un élément chimique X, de nombre de masse A et de nombre de charges Z est symbolisé de la manière suivante.
Écriture
conventionnelle du noyau d’un
élément chimique
|
Composition :
Symbole du noyau de
carbone 12 : |
 Noyau de
carbone 12
|
Le nombre Z, égal au nombre de protons, est aussi appelé numéro atomique car il caractérise un élément chimique. Chaque élément chimique possède un numéro atomique différent (hydrogène Z = 1, carbone Z = 6, oxygène Z = 8, etc.).
Des noyaux isotopes appartiennent au même élément chimique (même nombre de charges Z) et possèdent un nombre de neutrons différents (nombre de masse A différent).
On nomme des isotopes en donnant le nom de l’élément chimique auquel ils appartiennent suivi de la valeur du nombre de masse A.
| Isotope | Carbone 12 | Carbone 13 | Carbone 14 |
| Composition |
6 protons et 6 neutrons, soit Z = 6 et A = 6 + 6 = 12 |
6 protons et 7 neutrons, soit Z = 6 et A = 6 + 7 = 13 |
6 protons et 8 neutrons, soit Z = 6 et A = 6 + 8 = 14 |
| Symbole |
|
|
|
Les particules subatomiques sont caractérisées par le nombre de masse A et par le nombre de charges Z. Ce nombre Z correspond aux nombres de charges élémentaires portées par la particule.
Si la particule est électriquement neutre, Z = 0. Si elle est chargée négativement, Z est négatif. Et si elle est chargée positivement, Z est positif.
Les particules subatomiques suivantes sont symbolisées de la même manière que le noyau.
| Particule | Proton | Neutron | Électron | Positron |
| A et Z |
A = 1 et Z = 1 |
A = 1 et Z = 0 |
A = 0 et Z = –1 |
A = 0 et Z = 1 |
| Symbole |
|
|
|
|
Dans certaines conditions, les noyaux peuvent réagir pour donner de nouveaux noyaux et produire des particules subatomiques.
Réaction de fission d'un noyau d'uranium 235
Fusion du deutérium (hydrogène 2)
et du tritium (hydrogène 3) en hélium 4
Un noyau instable (ou radioactif) qui appartient à un élément chimique, se transforme spontanément en un nouveau noyau qui appartient à un autre élément chimique.
Une particule et un rayonnement gamma sont émis au cours de cette désintégration radioactive.
Désintégration radioactive du radium 226 en radon 222
La fusion et la fission sont des réactions provoquées, tandis que la désintégration radioactive est spontanée, elle n’a pas besoin d’intervention extérieure pour avoir lieu.
Les réactions nucléaires sont modélisées par une équation de réaction nucléaire où apparaissent les symboles des noyaux réactifs et produits, ainsi que ceux des particules mises en jeu.
Au cours d’une réaction nucléaire, deux lois de conservation (appelées loi de Soddy) doivent être respectées.
- La conservation du nombre de charges
électriques (Z) :
Z1+ Z2 = Z3 + Z4.
- La conservation du nombre de masse (A) :
A1 + A2 = A3 + A4
Exemple 1 – Fission de l’uranium 235 en baryum 139 et krypton 95
|
|
Exemple 2 – Fusion du deutérium et du tritium en hélium 4
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Exemple 3 – Désintégration radioactive du radium 226 en radon 222
|
|
La radioactivité est un phénomène aléatoire (on ne peut pas prévoir quand il va avoir lieu) et spontané (il se réalise sans intervention extérieure).
Un noyau instable (appelé noyau père) se désintègre en un noyau d’un autre élément chimique (appelé noyau fils), en émettant une particule et un rayonnement gamma.
En fonction de la nature de la particule émise, on distingue trois types de radioactivité.
| Type de radioactivité | Particule émise | Symbole de la particule |
| Béta moins (β–) | Électron |
|
| Béta plus (β+) | Positon |
|
| Alpha (α) | Noyau d’hélium 4 |
|
Les noyaux avec un excès de protons se désintègrent selon la radioactivité β+ en émettant un positon.
Un des protons du noyau se transforme en neutron.
Les noyaux avec un excès de neutrons se désintègrent selon la radioactivité β– en émettant un électron.
Un des neutrons du noyau se transforme en proton.
Les noyaux lourds avec un excès de nucléons se désintègrent selon la radioactivité α en émettant un noyau d’hélium 4.
Le noyau expulse une particule (nommée alpha)
qui contient deux protons et deux
neutrons : c’est un noyau
d’hélium 4 (
).
On considère un noyau père appartenant à l’élément chimique X, qui se désintègre en un noyau fils appartenant à l’élément chimique Y.
- Radioactivité
alpha :
- Radioactivité béta
plus :
- Radioactivité béta
moins :
- Désintégration radioactive du
carbone 14 en azote 14
(radioactivité béta
moins) :
- Désintégration radioactive de
l’oxygène 13 en azote 13
(radioactivité béta
plus) :
- Désintégration radioactive du
polonium 210 en plomb 208
(radioactivité
alpha) :
On ne note pas dans l’équation de la réaction le rayonnement gamma qui est émis. Ce rayonnement est émis par le noyau fils lorsque celui-ci est formé dans un état d’énergie excité (son énergie est supérieure à son état de plus petite énergie, l’état fondamental). Le noyau fils émet un photon gamma lors de sa désexcitation.
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