Noyau atomique 6147 30911415 2008-06-23T11:16:44Z DumZiBoT 280295 Bot: Lien AdQ pour [[lmo:Nücli (física)]] {{ébauche|physique nucléaire}} {{voir homonymes|noyau}} [[Image:Helium atom QM.png|thumb|350px|Noyau atomique de l'hélium.]] Le '''noyau atomique''' désigne la région située au centre d'un [[atome]] constituée de [[proton]]s et de [[neutron]]s (les [[nucléon]]s). La taille du noyau (10{{exp|-15}} m) est considérablement plus petite que celle de l'atome (10{{exp|-10}} m) et concentre quasiment toute sa masse. == Caractéristiques physiques == L'atome a une '''structure lacunaire''', c’est-à-dire qu'entre les électrons et le noyau il n'y a '''que du vide'''. === Composition et structure === Le noyau d'un atome est composé de [[nucléon]]s extrêmement liés (à l'exception de l'[[hydrogène]] dont le noyau est simplement constitué d'un unique [[proton]]). Sa cohésion est assurée par l'[[interaction forte]], force prépondérante à l'échelle du noyau, qui maintient les nucléons ensemble et les empêche de s'éloigner les uns des autres. Pour modéliser cette attraction entre les nucléons, on peut définir une [[Énergie de liaison nucléaire|énergie de liaison]] pouvant être calculée à partir de la [[formule de Bethe-Weizsäcker]]. Deux modèles nucléaires peuvent être utilisés pour étudier les propriétés du noyau atomique : * le [[modèle en couches]], * le [[Modèle de la goutte liquide]]. <br> {{Article détaillé|Structure nucléaire}} <br> === Isotopes === Les isotopes sont des atomes ayant des nombres identiques de protons (même numéro atomique Z) mais des nombres de neutrons différents. Un [[élément chimique|élément]] est caractérisé par le nombre de protons qui composent son noyau, précisément appelé [[numéro atomique]] et noté ''Z'' ; un atome possédant autant d'[[électron]]s que de protons, ''Z'' est également le nombre d'électrons d'un élément. Pour un même élément, il est possible d'obtenir différents [[nucléide]]s correspondant à des nombres de neutrons différents. Les nucléides de même numéro atomique ''Z'' sont appelés [[isotope]]s de l'élément ayant ce numéro atomique. Le nombre de masse ''A'' d'un atome est le nombre total de nucléons (protons et neutrons) qui le composent. Le nombre de neutrons ''N'' est égal à ''A'' - ''Z''. Un nucléide ''X'' est donc un atome caractérisé par son [[nombre de masse]] ''A'' et son numéro atomique ''Z'' ; il est noté <sup>A</sup><sub>Z</sub>X (lire ''X A'', le numéro atomique étant implicite). Par exemple, l'[[hydrogène]] <sup>1</sup><sub>1</sub>H, le [[deutérium]] D ou ²<sub>1</sub>H et le [[tritium]] T ou ³<sub>1</sub>H sont trois isotopes de l'hydrogène. Différents isotopes d'un même élément possèdent des propriétés [[Chimie|chimiques]] similaires, car elles dépendent essentiellement de son nombre d'[[électron]]s. Leur stabilité et [[demi-vie]] peuvent cependant être différentes et leur [[masse atomique]] distincte permet de les séparer à l'aide d'une [[centrifugeuse]] ou d'un [[spectromètre]]. === Masse atomique === La masse atomique isotopique d'un élément est la masse correspondant à ''N{{ind|A}}'' nucléides de ce même isotope, ''N{{ind|A}}'' étant le [[nombre d'Avogadro]] (environ 6,022 04{{x10|23}}). La [[masse atomique]] d'un [[élément chimique]] est la moyenne pondérée des masses atomiques de ses isotopes naturels ; certains éléments chimiques possèdent des isotopes radioactifs à très longue période, et par conséquent leur composition isotopique naturelle, ainsi que leur masse atomique évolue sur de longues périodes de temps, telles que les ères géologiques. C'est notamment le cas pour l'[[uranium]]. === Stabilité === ==== Energie de liaison ==== Certains noyaux sont stables, c'est-à-dire que leur [[Énergie de liaison atomique|énergie de liaison]] est suffisante, rendant alors leur durée de vie illimitée. D'autres sont instables et tendent à se transformer spontanément en un noyau ''plus stable'' par émission d'un rayonnement. Ou plus précisément, la transformation (spontanée) de la radioactivité se produit toujours selon une augmentation de l'énergie de liaison '''moyenne''' des nucléons concernés. * [[Radioactivité α]] s'il émet un ou plusieurs nucléons (proton, neutron ou [[particule α]]) * [[Radioactivité β]] s'il émet un électron ou un [[positron]] avec un [[neutrino]]. Ces deux types de radioactivité sont la plupart du temps accompagné d'un [[Rayon gamma|rayonnement gamma]] (émission de [[photon]]s). Exemple : * l'[[Uranium]] 235 et 238 ont des demi-vies supérieures à ceux de leur "famille" respective avant de mener aux isotopes stables du [[Plomb]]. * l'[[azote]]-16 (16 nucléons, 7 protons, 9 neutrons) se transforme en [[oxygène]]-16 (16 nucléons, 8 protons, 8 neutrons) quelques secondes après sa création par radioactivité bêta : l'[[interaction faible]] transforme l'un des neutrons du noyau en un proton et un électron, modifiant ainsi le [[numéro atomique]] de l'atome. ==== Nombre de nucléons ==== La stabilité d'un noyau atomique dépend du nombre de nucléons qui le composent. En effet, pour les noyaux dit légers (Z>20), il a été constaté une plus grande fréquence de noyaux stables (152) s'ils sont composés d'un nombre de proton (Z) '''et''' de neutron (N) '''pairs'''. Ce nombre passe à 55 pour Z pair et N impair et à 52 pour Z impair et N pair. Il n'existe que quelques noyaux stables dont le nombre de protons et le nombre de neutrons sont impairs. Il existe également des [[Nombre magique (physique)|nombres magiques]] (nombre de protons et/ou nombre de neutrons) pour lesquels l'abondance naturelle d'isotopes stables est plus grande : 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. C'est le cas par exemple du noyaux d'[[hélium]], doublement magique, correspondant à la particule alpha émise par certain noyau. ==== Demie-vie ==== La [[demi-vie]] d'un isotope est la période au bout de laquelle, statistiquement, la moitié des atomes d'un échantillon initial se seront désintégrés. Les noyaux peuvent posséder des demi-vies très différentes : couvrant en fait ''toute la plage des durées'' ! Un noyau est considéré comme étant un élément (par opposition à une résonnance) lorsque son temps de vie est assez long pour qu'un cortège électronique ait le temps de se former (soit ~10{{exp|-15}} s) {| class="wikitable" ! intervalle de durée ! Isotope ! Demi-vie |----- |-{{ligne grise}} | <center> <1 seconde </center> | <center> </center> | <center> </center> |-{{ligne grise}} | <center> de 1 seconde à 1 minute </center> | <center> [[Azote]] 16 </center> | <center> 7,13 s </center> |-{{ligne grise}} | <center> </center> | <center> [[Fluor]] 20 </center> | <center> 11,163 s </center> |-{{ligne grise}} | <center> de 1 minute à 1 heure </center> | <center> [[Oxygène]] 15 </center> | <center> 2,037 min </center> |-{{ligne grise}} | <center> de 1 heure à 1 jour </center> | <center> [[Fluor]] 18 </center> | <center> 1,8293 h </center> |-{{ligne grise}} | <center> de 1 jour à 1 an </center> | <center> [[Radium]] 224 </center> | <center> 3,62 j </center> |-{{ligne grise}} | <center> </center> | <center> [[Radon]] 222 </center> | <center> 3,8235 j </center> |-{{ligne grise}} | <center> de l'année au millénaire </center> | <center> [[Cobalt]] 60 </center> | <center> 5,272 ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> </center> | <center> [[Tritium]] ([[Hydrogène]] 3) </center> | <center> 12,329 ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> </center> | <center> [[Strontium]] 90 </center> | <center> 28,78 ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> </center> | <center> [[Césium]] 137 </center> | <center> 30,254 ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> du millénaire au million d'années </center> | <center> [[Radium]] 226 </center> | <center> 1602 ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> </center> | <center> [[Carbone]] 14 </center> | <center> 5730 ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> </center> | <center> [[Chlore]] 36 </center> | <center> 301 000 ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> </center> | <center> [[Aluminium]] 26 </center> | <center> 717 000 ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> du million d'années au milliard d'années </center> | <center> [[Uranium]] 235 </center> | <center> 704{{x10|6}} ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> Du milliard (10<sup>9</sup>), au millier de milliards (10<sup>12</sup>) d'années </center> | <center> [[Potassium]] 40 </center> | <center> 1,28{{x10|9}} ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> </center> | <center> [[Uranium]] 238 </center> | <center> 4,468{{x10|9}} ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> </center> | <center> [[Thorium]] 232 </center> | <center> 10,05 {{x10|9}} ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> </center> | <center> [[Samarium]] 147 </center> | <center> 106{{x10|9}} ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> Du millier de milliards (10<sup>12</sup>), au million de milliards (10<sup>15</sup>) d'années </center> | <center> [[Osmium]] 184 </center> | <center> 56{{x10|12}} ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> </center> | <center> [[Indium]] 115 </center> | <center> 441{{x10|12}} ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> Du million de milliards (10<sup>15</sup>), au milliard de milliards (10<sup>18</sup>) d'années </center> | <center> [[Xénon]] 124 </center> | <center> 110{{x10|15}}ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> </center> | <center> [[Vanadium]] 50 </center> | <center> 140{{x10|15}} ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> Au delà du milliard de milliards d'années, (> 10<sup>18</sup> ans) </center> | <center> [[Calcium]] 48 </center> | <center> > 6{{x10|18}} ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> </center> | <center> [[Molybdène]] 100 </center> | <center> 10{{x10|18}} ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> </center> | <center> [[Bismuth]] 209 </center> | <center> (19 ± 2){{x10|18}} ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> </center> | <center> [[Zirconium]] 96 </center> | <center> 38{{x10|18}} ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> </center> | <center> [[Tellure]] 130 </center> | <center> 790{{x10|18}} ans </center> |-{{ligne grise}} | <center> Au delà du million de milliards de milliards d'années, (> 10<sup>24</sup> ans) </center> | <center> [[Tellure]] 128 </center> | <center> 2,2{{x10|24}} ans </center> |} ==== Noyau stable ==== En fait, les noyaux dits ''stables'' ne le sont que dans la mesure où leur durée de vie avoisine celle du [[proton]], seul [[baryon]] (méta?)stable. Le proton a une demi-vie (théorique) d'environ 10<sup>33</sup> ans ! Mais les expériences menées pour mesurer cette désintégration du proton, véritable pierre angulaire de la matière, n'ont pas vérifié cette prédiction. Le proton serait plus stable que prévu...<ref>{{Monde subatomique}}.</ref>. === Taille et forme === Le rayon d'un nucléon est de l'ordre de 10<sup>-15</sup> m, soit 1 [[Femto|fm]] (le terme de rayon s'entend ici au sens d'avoir une probabilité suffisante de détecter le nucléon dans le volume d'espace considéré). Cela vaut moins de 0,01 % du rayon total de l'atome. La densité du noyau est donc considérablement plus grande que celle de l'atome même. Cette densité est à peu près constante pour tous les noyaux dans leur état fondamental (non excité) ; environ 200 millions de tonnes au cm³ : la densité du ''fluide'' nucléaire. La taille et la forme réelles d'un noyau spécifique dépendent fortement du nombre de nucléons qui le composent, ainsi que de leur état énergétique. Les noyaux les plus stables ont en général une forme sphérique au repos et peuvent prendre, par exemple, la forme d'un [[ellipsoïde]] s'ils sont excités. Dans le cas des [[Noyau à halo|noyaux à halo]], quelques nucléons seraient situés à une distance nettement plus grande des autres, entourant donc d'un halo le noyau plus compact formé par les autres nucléons. Le [[lithium]] 11 semble par exemple composé d'un noyau de lithium 9 (l'isotope le plus stable) entouré d'un nuage de deux neutrons ; sa taille est alors comparable à celle du [[plomb]] 208 qui possède 20 fois plus de nucléons. Le noyau stable le plus lourd est constitué de 92 protons: il s'agit de l'uranium. Des éléments radioactifs plus lourds ont été synthétisés en laboratoire. L'élément le plus lourd connu à ce jours possède 118 protons. == Notes et références == {{Références | colonnes = 2}} == Voir aussi == === Articles connexes === <div style='-moz-column-count:2; -moz-column-gap:10px;'> * [[Fusion nucléaire]] * [[Fission nucléaire]] * [[Isotope]] * [[Masse atomique]] * [[Numéro atomique]] * [[Particule (physique)]] * [[Physique nucléaire]] * [[Radioactivité]] * [[Énergie de liaison atomique]] * [[Formule de Bethe-Weizsäcker]] </div> === Bibliographie === * {{monde subatomique}} {{portail physique}} [[Catégorie:Physique nucléaire]] [[Catégorie:Radiochimie]] [[Catégorie:Chimie nucléaire]] [[ar:نواة (ذرة)]] [[bg:Атомно ядро]] [[br:Nukleüs (an atomoù)]] [[bs:Atomsko jezgro]] [[ca:Nucli atòmic]] [[cs:Atomové jádro]] [[cy:Niwclews atomig]] [[da:Atomkerne]] [[de:Atomkern]] [[el:Ατομικός πυρήνας]] [[en:Atomic nucleus]] [[eo:Atomkerno]] [[es:Núcleo atómico]] [[et:Aatomituum]] [[fa:هسته اتم]] [[gd:Niùclas]] [[gl:Núcleo atómico]] [[he:גרעין האטום]] [[hr:Atomska jezgra]] [[hu:Atommag]] [[ia:Nucleo atomic]] [[id:Inti atom]] [[is:Frumeindakjarni]] [[it:Nucleo atomico]] [[ja:原子核]] [[kn:ಪರಮಾಣು]] [[ko:원자핵]] [[ku:Navok]] [[la:Nucleus atomi]] [[lmo:Nücli (física)]] {{Lien AdQ|lmo}} [[ln:Mokókóló ya atome]] [[lt:Atomo branduolys]] [[lv:Atoma kodols]] [[map-bms:Nukleus]] [[mn:Атомын цөм]] [[nl:Atoomkern]] [[nn:Atomkjerne]] [[no:Atomkjerne]] [[pl:Jądro atomowe]] [[pt:Núcleo atómico]] [[qu:Iñuku huk'i]] [[ro:Nucleu atomic]] [[ru:Атомное ядро]] [[sh:Atomsko jezgro]] [[simple:Atomic nucleus]] [[sk:Atómové jadro]] [[sl:Atomsko jedro]] [[sr:Атомско језгро]] [[stq:Atomkääden]] [[sv:Atomkärna]] [[th:นิวเคลียสอะตอม]] [[tr:Atom çekirdeği]] [[uk:Ядро атома]] [[vi:Hạt nhân nguyên tử]] [[yi:אטאמישער ניוקליז]] [[zh:原子核]]