« Le noyau atomique/Le noyau atomique : propriétés, constituants, description » : différence entre les versions

Le nombre de nucléons d'un noyau est appelé son '''nombre de masse''' et est noté A. Son nom vient du fait qu'ilsil servait autrefois à mesurer la masse des atomes, comme nous l'avons dit dans le premier chapitre. Auparavant, les scientifiques mesuraient la masse des atomes par rapport à celle de l’hydrogène. Quand ils disaient que l'atome de Lithium-6 a un A égal à 6, cela voulait dire qu'il pèse aussi lourd que 6 atomes d'hydrogène. Le terme "nombre de masse " est resté, mais il désigne aujourd'hui le nombre de nucléons. Il faut dire que la masse de l'atome dépend principalement de celle du noyau, d'où cet abus de langage.

Le '''nombre atomique''' est égal au nombre de protons de l'atome. Pour les atomes non-ionisés, il est aussi égal au nombre d'électrons de l'atome (il y a autant d'électrons que de protons dans ces atomes). A l'origine, le nombre atomique identifiait la place dans le tableau périodique de MendeleievMendeleïev, qui correspond en réalité au nombre d'électrons (celui-ci dicte la chimie de l'atome en question). Le lien entre nombre d'électrons et de protons fait que le sens a depuis dérivé pour désigner le nombre de protons. En clair, le nombre atomique identifie l’élément chimique auquel il appartient, par son nombre de protons.

Les '''isomères nucléaires''' sont deux atomes avec le même nombre de protons et de neutrons, mais pas la même énergie. L'énergie d'un noyau ne varie pas continument, comme l'énergie d'un objet classique, mais est quantifiée, à savoir qu'elle évolue par paliers successifs. Cette particularité ne s'explique convenablement qu'avec la physique quantique et il n'y a pas d'explication classique. Parmi tous les paliers possibles, il y en a un qui correspond à l'état d'énergie minimal, celui où le noyau ne peut pas descendre plus bas. Ce palier est appelé l''''état fondamental'''. Les nucléides qui ne sont pas à l'état fondamental sont plus énergétiques que les autres et sont dits en '''état excité'''. Certains nucléides naissent directement en état excité, à la suite d'une réaction nucléaire ou lors d'une désintégration radioactive. D'autres noyaux sont initialement à l'état fonde mentalfondamental mais montent d'un ou plusieurs paliers en absorbant de l'énergie (en absorbant un photon ou sous l'effet de l'absorption thermique, par exemple). Les noyaux excités peuvent aussi redescendre d'un ou plusieurs paliers en perdant de l'énergie. Quand cela arrive, l'énergie perdue est émise du noyau sous la forme d'un photon, de lumière. Nous en reparlerons dans le chapitre sur la radioactivité, quand nous parlerons de la radioactivité gamma.

Historiquement, l'existence des isotopes a rapidement été suggéré, avant même qu'on connaisse l'existence du noyau atomique ! Dès 1886, William Crookes a supposé que les atomes d'un même élément n'ont pas la tous la même masse. Cette hypothèse visait à expliquer les résultats des mesures des masses atomiques, qui variaient selon les auteurs et les conditions expérimentales. Mais cette piste a été accueillie assez fraichement, par manque de preuves expérimentales. Mais les preuves ont commencé par s'accumuler et l'existence des isotopes s'est imposée progressivement. En 1914, Boltwood remarqua que du Plomb est presque toujours associée à la Pechblende (un minerai d'Uranium). Frederic Soddy suppose, à juste titre, que le Plomb provient de la désintégration de l'Uranium et prédit (sur la base de sa loi de déplacement radioactif) que sa masse atomique doit être de 206. Il prédit, sur la base d'arguments similaires, que le Plomb tiré de la Thorite uranifère doit être de 208. Les deux formes de Plomb, provenant de désintégrations différentes, doivent avoir des poids atomiques différents. Vu que le poids atomique moyen du Plomb est de 207,2, il suppose que le Plomb est composé de deux isotopes : un avec A = 206 et un autre avec A = 208, les proportions donnant une moyenne de 207,2. La pesée expérimentale, réalisée par Theodore Richards et Max Lembert, confirme ces prédictions.

Le rayon d'un noyau est 10  000 fois plus petit que l'atome : le rayon du noyau ne vaut que 0,01 % du rayon total de l'atome. Au passage, vous remarquerez que cela explique les résultats de l’expérience de Rutherford : seul 0,01 % des particules alpha étaient déviées.

Le paramètre <math>a</math> est approximativement de 0.54 femtomètres, et est lale même pour tous les noyaux.

Si on fait le calcul avec a = 0.54 femtomètrefemtomètres, on trouve e = 2,4 femtomètres.