21 : Chimie nucléaire
- Page ID
- 194016
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
Les réactions chimiques que nous avons examinées dans les chapitres précédents impliquent des modifications de la structure électronique des espèces impliquées, c'est-à-dire de la disposition des électrons autour des atomes, des ions ou des molécules. La structure nucléaire, c'est-à-dire le nombre de protons et de neutrons dans les noyaux des atomes impliqués, reste inchangée lors des réactions chimiques. Ce chapitre présentera le sujet de la chimie nucléaire, qui a débuté avec la découverte de la radioactivité en 1896 par le physicien français Antoine Becquerel et qui a pris de plus en plus d'importance au cours des XXe et XXIe siècles, fournissant la base de diverses technologies liées à l'énergie, à la médecine, géologie et bien d'autres domaines.
- 21.1 : Structure et stabilité nucléaires
- Un noyau atomique est constitué de protons et de neutrons, collectivement appelés nucléons. Bien que les protons se repoussent les uns les autres, le noyau est maintenu étroitement entre eux par une force à courte portée, mais très puissante, appelée force nucléaire forte. La masse d'un noyau est inférieure à la masse totale de ses nucléons constitutifs. Cette masse « manquante » est le défaut de masse, qui a été converti en énergie de liaison qui maintient le noyau ensemble selon l'équation d'équivalence masse-énergie d'Einstein, E = mc2.
- 21.2 : Équations nucléaires
- Les noyaux peuvent subir des réactions qui modifient leur nombre de protons, leur nombre de neutrons ou leur état énergétique. De nombreuses particules différentes peuvent être impliquées dans les réactions nucléaires. Les plus courants sont les protons, les neutrons, les positrons (qui sont des électrons chargés positivement), les particules alpha (α) (qui sont des noyaux d'hélium de haute énergie), les particules bêta (β) (qui sont des électrons de haute énergie) et les rayons gamma (γ) (qui composent le rayonnement électromagnétique de haute énergie).
- 21.3 : Désintégration radioactive
- Les noyaux instables subissent une désintégration radioactive spontanée. Les types de radioactivité les plus courants sont la désintégration α, la désintégration β, l'émission γ, l'émission de positons et la capture d'électrons. Les réactions nucléaires impliquent également souvent des rayons γ, et certains noyaux se désintègrent par capture d'électrons. Chacun de ces modes de désintégration conduit à la formation de nouveaux noyaux stables, parfois par de multiples désintégrations avant de se terminer par un isotope stable. Tous les processus de désintégration nucléaire suivent une cinétique de premier ordre et chaque radio-isotope possède sa propre demi-vie.
- 21.4 : Transmutation et énergie nucléaire
- Il est possible de produire de nouveaux atomes en bombardant d'autres atomes avec des noyaux ou des particules à haute vitesse. Les produits de ces réactions de transmutation peuvent être stables ou radioactifs. Un certain nombre d'éléments artificiels, notamment le technétium, l'astatine et les éléments transuraniens, ont été produits de cette manière. L'énergie nucléaire ainsi que les détonations d'armes nucléaires peuvent être générées par fission (réactions au cours desquelles un noyau lourd est divisé en deux noyaux plus légers ou plus et plusieurs neutrons).
- 21.5 : Utilisations des radio-isotopes
- Les composés appelés traceurs radioactifs peuvent être utilisés pour suivre les réactions, suivre la distribution d'une substance, diagnostiquer et traiter des affections médicales, et bien plus encore. D'autres substances radioactives sont utiles pour lutter contre les parasites, visualiser les structures, émettre des avertissements d'incendie et pour de nombreuses autres applications. Des centaines de millions de tests et de procédures de médecine nucléaire, utilisant une grande variété de radio-isotopes ayant des demi-vies relativement courtes, sont effectués chaque année aux États-Unis.
- 21.6 : Effets biologiques des rayonnements
- Nous sommes constamment exposés à des radiations provenant de sources naturelles et d'origine humaine. Ce rayonnement peut affecter les organismes vivants. Les rayonnements ionisants sont particulièrement nocifs car ils peuvent ioniser des molécules ou rompre des liaisons chimiques, ce qui endommage les molécules et provoque des dysfonctionnements dans les processus cellulaires. Les types de rayonnement diffèrent quant à leur capacité à pénétrer la matière et à endommager les tissus, les particules alpha étant les moins pénétrantes, mais potentiellement les plus dommageables, et les rayons gamma, les plus pénétrants.
- 21.E : Chimie nucléaire (exercices)
- Ce sont des exercices de devoirs pour accompagner le Textmap créé pour « Chemistry » par OpenStax.