L'atome et les différents rayonnements
L’ATOME
C’est seulement au 20e
siècle que le physicien et chimiste anglais DALTON repris l’idée de DEMOCRITE.
Il utilisera l’hypothèse selon laquelle la matière est composée de particules
ultimes et indivisibles : les atomes. Cependant , quelques années
plus tard, des physiciens ont démontré que ce plus petit constituant de la
matière était sécable. L’atome n’a d’ailleurs pas dit son dernier mot. Il est
encore au centre de nombreuses recherches. Les physiciens décrivent son
comportement pour pouvoir mieux comprendre notre univers.
LA
COMPOSITION DES ATOMES
Les planètes, l’air,
l’eau, les pierres, les êtres vivants…….tous les corps de la nature sont
constitués à partir d’atomes ou d’assemblages d’atomes(molécules) . Un atome a
la forme d’une petite sphère. Mais il n’est pas indivisible.
Molécule :
Assemblage d’atomes reliés par des liaisons chimiques.
Un atome est
composé :
- D’un
noyau central qui est un assemblage
de protons et de neutrons. Les protons et les neutrons
constituent les nucléons(du mot grec
« nucleus » signifiant noyau) ;
- D’un
nuage périphérique composé d’un
cortège d’électrons, qui tournent à
des vitesses prodigieuses autour du noyau. Il est impossible de vraiment se
représenter leurs trajectoire : seules des formules mathématique
permettent de prédire, dans le nuage qu’ils forment autour du noyau, les zones
ou on a le plus de chances de les rencontrer.
Il existe beaucoup d’atomes
différents mais ils sont tous fabriqués à partir de protons, de neutrons et
d’électrons tous identiques. Les atomes se différencient seulement par leur
nombres de protons, de neutrons et
d’électrons.
LES TAILLES D’UN ATOME ET DE NOYAU
Le diamètre du nuage électronique sphérique de l’atome est
de l’ordre de 10 puissance –10 mètre. Cette taille est
vraiment minuscule. Pour atteindre un centimètre, il faudrait aligner 100
millions d’atomes.
Le noyau est encore plus petit.
Il occupe une sphère d’en moyenne 10 puissance-15 mètre, soit près de
100 000 fois plus petite que
l’atome avec son nuage d’électrons.
La distance du noyau
aux électrons est telle que si l’on grossissait un noyau d’hydrogène aux
dimensions d’une bille, il faudrait donner à la sphère dans laquelle se déplace
l’électron un diamètre de 100 mètres.
LA
MASSE DE L’ATOME
La masse de l’atome
n’est pas répartie de façon homogène dans l’atome. Les protons et les neutrons
ont à peu près la même masse, mais environ 2000 fois plus lourds qu’un
électron, si bien que le noyau concentre
quasiment toute la masse de l’atome et que la matière dont est fait un
noyau est un million de milliards de fois plus dense que la matière ordinaire. Si
tout les noyaux de la terre venaient à se toucher , notre planète aurait à plus
de cent mètres de diamètre et un grain de sable pèserait plus d’une tonne.
Pour estimer la masse
d’un noyau, il suffit donc de
connaître son nombre de nucléons
(appelé aussi nombre de masse). Sachant que la masse d’un nucléon d’un nucléon est d’environ 1,67.10 puissance
–27kg, il est facile de calculer une masse approximative d’un atome.
Cependant le résultat du calcul n’est
q’une estimation.
LA CHARGE ELECTRIQUE DE L’ATOME
Des trois éléments
constituant l’atome , seul le neutron ne porte pas de charge électrique, il est neutre, d’ou son nom .
Un proton porte une charge positive et
un électron, une charge négative. Un atome dans son état normal comprend
autant de protons que d’électrons. Il est donc électriquement neutre.
Cependant, dans
certaines conditions (réactions chimiques …), l’atome peut perdre ou gagner un
ou plusieurs électrons et peut alors être chargé positivement ou négativement. Il est alors appelé ion.
L’atome, dans son état
normal, comprend autant de protons chargés positivement que l’électrons chargés
négativement. Il est neutre.
LES
ELEMENTS CHIMIQUES
Un
élément chimique est un ensemble d’atomes comportant le même nombre de protons.
Il est désigné par un symbole de une ou deux
lettres.(ex : H pour l’hydrogène, Fe pour le fer).
LES
ISOTOPES
Les noyaux ne sont pas uniquement
constitués de protons, ils contiennent aussi des neutrons. Des atomes d’un
élément chimique comportant un nombre différent de neutrons sont des isotopes de cet élément.
Par exemple :
Tous les isotopes du carbone ont 6 électrons, 6 protons, . Les principaux
ont 6, 7ou 8 neutrons . Un atome
est appelé par le nom de son élément
chimique suivi du nombre de ses nucléons : carbone 12, carbone 13 et
carbone 14
LES TROIS TYPES DE RAYONNEMENTS
Les
particules Alpha :
Ce sont des noyaux d’hélium éjectés à
grande vitesse ( de l’ordre de 20 000 km.s –1). Ils peuvent traverser la
matière en ionisant les atomes. Ils sont facilement absorbés : un écran de
carton ou une épaisseur de quelques centimètres d’air les arrêtent.
Les
particules Béta :
Les particules B – sont des
électrons ; leur charge est –e.
Les particules B + sont des
positions ; leur charge est +e ; leur masse est égale à celle de
l’électron.
Les particules B, émises avec de très
grandes énergies cinétiques, sont plus pénétrantes, mais moins ionisantes que
les particules alpha. Elles sont arrêtées par un écran de plexiglas ou
d’aluminium.
Les
particules gamma :
Très pénétrant, il ionise peu la
matière qu’il traverse. De nature électromagnétique comme la lumière , il est
d’autant plus énergétique que sa longueur d’onde est courte. On s’en protège
avec des écrans en plombs.
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