Cours d'atomistique

Pages: 25 (6103 mots) Publié le: 1 mai 2013
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ATOMISTIQUE :

STRUCTURE DE LA MATIERE

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Chapitre I :
Architecture de l’atome
A. INTRODUCTION

Rappel de quelques Définitions L’atomistique est l’étude de la structure et des propriétés des atomes considérés isolement. Il existe deux grandes divisions : l’étude des propriétés nucléaires et péri nucléaires des atomes. 1) l’étude des propriétés péri nucléaires des atomes

Laspectrométrie atomique : échange d’énergie entre la matière et le rayonnement electromagnetique (EMISSION et ABSORPTION) - EMISSION :

-

ABSORPTION :

Les liaisons chimiques : études des différents modes d’association ou d’interaction par les e- externes  édifices plus stables que les atomes isolés. Ces édifices sont des molécules ou des réseaux cristallins. 2) l’étude des propriétésnucléaires des atomes

On distingue : Radiochimie Radioactivité

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B. LES PARTICULES ELEMENTAIRES 1) Caractéristiques des particules élémentaires. Masse et charge. MASSE :

u

10 3 kg 1,66056.10 NA

27

kg , avec NA = 6,022 1023 mol-1 = constante d’Avogadro.

Pour une masse m en mouvement on a : m

mo
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avec c = célérité de la lumière dans le vide et

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mo la masse de laparticule au repos. CHARGE :

c2

2) Les différents particules (constituants de l’atome) L’atome est électriquement neutre. Sa masse est de l’ordre de 10-26 kg et son rayon, si on l’assimile à une sphère, est de l’ordre de 10-10 m = 0,1 nm = 1 Å. Il est constitué d’un noyau et d’électrons. Les électrons Les électrons ont pour charge -e (e = 1,602 10-19 C) et pour masse m = masse
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1 u = 9,109101836

kg, La masse de l’électron est donc négligeable devant celle de l’atome à 10-4 près. Les protons Les protons ont pour charge +e (e = 1,602 10-19 C) et pour masse m = 1,00749 u = 1,674 10-27 kg,

4 Les neutrons Les neutrons ont pour charge nulle et pour masse m = 1,0087 u = 1,6747 10-27 kg, m e 9,11.10 31 1 5,43978.10 4 27 m p 1,6747.10 1836

Protons + N neutrons = noyau

C. LE NOYAUET LA MASSE ATOMIQUE 1) Nombre de masse et numéro atomique Le noyau est constitué en première approximation de A nucléons, Z Protons et N neutrons: A = Z + N avec A le nombre de masse et Z le numéro atomique L’atome étant neutre, Z a un double rôle : il en dénombre les protons et les électrons. Le noyau a une charge égale à Ze et, si on l’assimile à une sphère, son rayon est donné par une formuleempirique:R = 1,41 10-15A1/3 m. Il est donc de l’ordre de 10-15 m = 1 fm (le fentomètre ou fermi). La distance moyenne entre les centres de deux nucléons est 2,2 fm, le diamètre du nucléon étant de 1,7 fm. Représentation l’élément

A Z

X
= nucléide

2) Energie de liaison d’un noyau et défaut de masse La masse du noyau est toujours inférieure à la somme des masses des nucléons, et l’on peutchiffrer E la cohésion du noyau par nucléon en se servant de l’équivalence masse-énergie E = c2 m posée A en 1905 par Albert Einstein (1879-1955) avec m = défaut de masse du noyau = Σ(masses des particules libres – masse du noyau). Ainsi, Zmp + Nmn - mnyau > 0. E correspond a l’énergie libérée au cours de la réaction : Zprotons + Nneutrons  noyau. C’est donc l’énergie qu’il faut fournir au noyaupour le decomposer en A nucleons.

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Figure 1. Diagramme d’Aston (stabilisation du noyau par nucléon en fonction du nombre de masse).

Cette figure montre un maximum de stabilité pour les atomes de nombre de masse voisins de 100 et laisse prevoir deux deux types de réactions nucléaires :

Exercices d’application :
Ex. 1 – La masse du noyau d'hélium 4He vaut 4,0026 u. sachant que lesmasses du proton mp et du neutron mn valent respectivement 1,00727 u. et 1,0086 u. 1) Calculer en MeV, l’énergie correspondant au défaut de masse m du noyau 4He . 2) Calculer, en kJ mol-1, l'énergie libérée au cours de la formation d'une mole de 4He. Données : 1 u ≈ 933 MeV.

Ex. 2 - 1) Quelle est l’énergie libérée par la fusion de l’hydrogène en hélium lorsque 4,032 g d'hydrogène sont...
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