🟦 FICHE DE RÉVISION 01 – PHYSIQUE-CHIMIE SECONDE

 CHAPITRE 08 – TRANSFORMATIONS NUCLÉAIRES

 

🟪 L’ESSENTIEL À RETENIR

 ⭐ Une transformation nucléaire

Une transformation nucléaire correspond à une transformation au cours de laquelle un ou plusieurs noyaux atomiques sont transformés en de nouveaux noyaux.

➡️ Les éléments chimiques peuvent changer.

➡️ Elle est modélisée par une équation nucléaire.

➡️ Elle respecte les lois de conservation de Soddy :

① Conservation du nombre de nucléons A

② Conservation du nombre de charges électriques Z

⚠️ Une transformation nucléaire est différente d’une transformation chimique :

1)- 🟦 STRUCTURE D’UN NOYAU

-  Un noyau est constitué de : Z protons, N neutrons, A nucléons

-  avec :

-  ⭐ FORMULE FONDAMENTALE

-  A = Z + N => N = A − Z

-  Écriture conventionnelle : ^A_ZX

-  X = symbole chimique de l’élément

-  Z = numéro atomique = nombre de protons

-  A = nombre de nucléons

-  N = A − Z = nombre de neutrons

-  Exemple

-  Pour le carbone 14 :

-  ¹⁴₆C : Z = 6 → 6 protons ; A = 14 → 14 nucléons ; N = 14 − 6 = 8 neutrons

 

2)- 🟪 LES ISOTOPES

-  ⭐ Définition : Deux noyaux sont isotopes s’ils possèdent :

-  ✅ le même numéro atomique Z

-  ❌ un nombre de neutrons différent

-  Donc : même Z → même élément ; A différent → isotopes différents

-  Exemple : carbone

-  ¹²₆C ; ¹³₆C ; ¹⁴₆C

-  Tous possèdent : Z = 6

-  mais : carbone 12 → 6 neutrons ; carbone 13 → 7 neutrons ; carbone 14 → 8 neutrons

-  🟨 À RETENIR

-  ISOTOPES = même Z mais A différent

-  Les isotopes d’un même élément possèdent le même cortège électronique lorsqu’ils sont dans le même état d’ionisation ; ils ont donc des propriétés chimiques très proches.

 

3)- 🟥 TRANSFORMATION NUCLÉAIRE

-  Lors d’une transformation nucléaire :

-  noyau(x) initial(aux) → nouveau(x) noyau(x) + particule(s) éventuellement émises

-  Les éléments chimiques peuvent être différents avant et après la transformation.

-  Exemple

-  ²³⁸₉₄Pu → ²³⁴₉₂U + ⁴₂He

-  Le plutonium devient uranium.

-  Une particule α est également produite :

-  ⁴₂He = particule α

 

4)- 🟦 LES PARTICULES À CONNAÎTRE

-  ⚠️ PIÈGE IMPORTANT

-  Un électron n’est pas un nucléon. Pour l’électron : A = 0 et Z = −1

5)- 🟥 LES LOIS DE SODDY

-  Lors d’une réaction nucléaire :

-  ⭐ Conservation du nombre de nucléons

-  ∑ A (réactifs) = ∑ A (produits)

-  ⭐ Conservation du nombre de charges

-  ∑ Z (réactifs) = ∑ Z (produits)

-  Ces deux lois permettent notamment de retrouver une particule ou un noyau inconnu.

 

6)- 🟧 COMMENT ÉQUILIBRER UNE ÉQUATION NUCLÉAIRE ?

-  MÉTHODE EN 4 ÉTAPES

-  Étape 1 : écrire tous les noyaux connus.

-  Étape 2 : vérifier la conservation de A.

-  Étape 3 : vérifier la conservation de Z.

-  Étape 4 : identifier la particule inconnue.

-  Exemple : désintégration β⁻

-  ¹⁴₆C → ¹⁴₇N + ⁰₋₁e

-  Vérification :

-  Pour A : 14 = 14 + 0 ✅

-  Pour Z : 6 = 7 − 1 ✅

-  L’équation est correcte.

 

7)- 🟥 RADIOACTIVITÉ

-  ⭐ Définition

-  La radioactivité est la désintégration spontanée d’un noyau instable.

-  Un noyau radioactif est instable.

-  Il se transforme spontanément, donne un autre noyau , peut émettre une particule et peut également émettre un rayonnement γ.

-  🟨 IMPORTANT

-  La désintégration radioactive est :

-  SPONTANÉE

-  ALÉATOIRE

-  IRRÉVERSIBLE

-  On ne peut pas prévoir quand un noyau particulier va se désintégrer.

-  En revanche, sur un grand nombre de noyaux, on peut prévoir statistiquement l’évolution de la population radioactive.

 

8)- 🟪 LES TROIS GRANDES DÉSINTÉGRATIONS

-  🔴 A. Désintégration α

-  Un noyau émet une particule α :

-  ⁴₂He

-  Forme générale :

-  ^A_ZX → ^A−4_Z−2Y + ⁴₂He

-  Conséquences : A diminue de 4 ; Z diminue de 2

-  Exemple :

-  ²²⁶₈₈Ra → ²²²₈₆Rn + ⁴₂He

-  🔵 B. Désintégration β⁻

-  Le noyau émet un électron : ⁰₋₁e

-  Forme générale : ^A_ZX → ^A_Z+1Y + ⁰₋₁e

-  Conséquences : A reste constant et Z augmente de 1

-  Exemple : ¹⁴₆C → ¹⁴₇N + ⁰₋₁e

-  🧠 ASTUCE : β⁻ → Z + 1

-  🟢 C. Désintégration β⁺

-  Le noyau émet un positon : ⁰₊₁e

-  Forme générale : ^A_ZX → ^A_Z−1Y + ⁰₊₁e

-  Conséquences : A reste constant et Z diminue de 1

-  🧠 ASTUCE : β⁺ → Z − 1

 

9)- 🟣 RAYONNEMENT γ

-  Le rayonnement γ est un rayonnement électromagnétique très énergétique.

-  Il peut être émis lorsqu’un noyau excité revient vers un état énergétique plus stable.

-  Pour une émission γ : A ne change pas : Z ne change pas

-  On peut donc avoir : ^A_ZX^* → ^A_ZX + γ

-  🧠 ASTUCE : γ = pas de changement de A ni de Z

 

10)- 🟦 TABLEAU ULTRA-SYNTHÉTIQUE DES DÉSINTÉGRATIONS

-  ⭐ À MÉMORISER ABSOLUMENT

-  α → A − 4 ; Z − 2

-  β⁻ → A identique ; Z + 1

-  β⁺ → A identique ; Z − 1

-  γ → A et Z inchangés

11)- 🟧 ÉNERGIE ET MASSE

-  Une transformation nucléaire peut libérer une très grande quantité d’énergie.

-  Cette énergie provient d'une diminution de la masse du système.

-  ⭐ Relation d’Einstein

-  E = Δm × c²

-  Pour une énergie libérée :

-  E_lib = |Δm| × c²

-  avec :

-  E_lib : énergie libérée en joule (J)

-  Δm : perte de masse en kilogrammes (kg)

-  c : vitesse de la lumière dans le vide

-  c = 3,00 × 10⁸ m · s⁻¹

-  Perte de masse

-  |Δm| = |m_produits − m_réactifs|

-  Dans une réaction libérant de l’énergie :

-  m_produits < m_réactifs|

-  En conséquence  : Δm < 0 et |Δm| > 0

 

12)- 🟥 ⚠️ PIÈGE : MASSE ≠ CONSERVATION DE LA MASSE

-  Dans une transformation nucléaire, il ne faut pas appliquer naïvement :

-  ❌ « masse des réactifs = masse des produits »

-  La masse du système peut diminuer.

-  La différence de masse est convertie en énergie :

-  ΔE = Δm . c²

-  C’est une différence fondamentale avec le modèle simplifié des transformations chimiques.

 

13)- 🟦 FISSION NUCLÉAIRE

-  ⭐ Définition

-  La fission est une transformation nucléaire au cours de laquelle :

-  un noyau lourd → deux noyaux plus légers + neutrons + énergie

-  Elle peut être provoquée par l’absorption d’un neutron.

-  Schéma général

-  noyau lourd + neutron → noyaux plus légers + neutrons + énergie

-  Exemple simplifié : ¹₀n + ²³⁵₉₂U → ¹⁴⁰₅₄Xe + ⁹³₃₈Sr + 3 ¹₀n + énergie

-  Vérification de A : 1 + 235 = 140 + 93 + 3 => 236 = 236 ✅

-  Vérification de Z : 0 + 92 = 54 + 38 + 0 => 92 = 92 ✅

-  🧠 À RETENIR

-  FISSION = un gros noyau se casse en noyaux plus petits.

 

14)- 🟩 FUSION NUCLÉAIRE

-  ⭐ Définition

-  La fusion correspond à l’association de deux noyaux légers pour former un noyau plus lourd.

-  Schéma :

-  noyau léger + noyau léger → noyau plus lourd + énergie

-  La fusion libère également une très grande quantité d’énergie.

-  Exemple

-  La fusion nucléaire est à l’œuvre au sein des étoiles, notamment dans le Soleil.

-  🧠 ASTUCE

-  FISSION = FISSURER → casser

-  FUSION = FUSIONNER → assembler

 

15)- 🟨 FISSION VS FUSION

 

16)- 🟪 ACTIVITÉ RADIOACTIVE

-  L’activité radioactive mesure le nombre de désintégrations par seconde.

-  ⭐ Formule

-  A = nombre de désintégrations / durée

-  Unité : 1 Bq = 1 désintégration par seconde

-  Le becquerel est l’unité SI de l’activité radioactive.

-  Exemple : Une source possède une activité de : 480 Bq.

-  Elle produit : 480 désintégrations par seconde

-  En une minute : 480 × 60 = 28 800 désintégrations

 

17)- 🟥 DÉCROISSANCE RADIOACTIVE

-  Le nombre de noyaux radioactifs diminue avec le temps.

-  Loi de décroissance

-  N (t) = N₀ e^{−λ . t}

-  avec :

-  N (t) = nombre de noyaux radioactifs à la date t

-  N₀ = nombre initial de noyaux

-  t = durée ( en seconde s)

-  λ = constante radioactive (s’exprime en s⁻¹ si t est exprimé en s)

-  ⭐ Conséquence

-  Au cours du temps : N diminue et l’activité diminue.

 

18)- 🟦 DEMI-VIE RADIOACTIVE

-  La demi-vie, notée t_1/2, est la durée nécessaire pour que la moitié des noyaux radioactifs initiaux se soient désintégrés.

-  N (t_1/2) = N₀ / 2

-  Après :

-  1 demi-vie → N₀ / 2

-  2 demi-vies → N₀ / 4 = N₀ / 2²

-  • 3 demi-vies → N₀ / 8 = N₀ / 2³

-  • 4 demi-vies → N₀ / 16 = N₀ / 2⁴

-  Relation avec λ :

-  t_1/2= ln (2) / λ

-  soit : t_1/2 ≈ 0,693 / λ

-  ⚠️ La demi-vie dépend du radionucléide, pas de la quantité initiale.

 

19)- 🟧 DATATION AU CARBONE 14

-  Le carbone 14 est un isotope radioactif du carbone.

-  Il peut être utilisé pour dater des matières organiques anciennes.

-  Principe :

-  tant que l’organisme est vivant → échanges avec l’environnement

-  Après sa mort :

-  plus d’échanges significatifs → le ¹⁴C se désintègre progressivement

-  La quantité de ¹⁴C diminue donc avec le temps.

-  En mesurant la quantité restante de ¹⁴C, on peut estimer l’âge de l’échantillon.

 

20)- 🟪 TRANSFORMATION PHYSIQUE / CHIMIQUE / NUCLÉAIRE

-  🟢 Transformation physique

-  Les espèces chimiques restent les mêmes.

-  Exemple : H₂O (ℓ) → H₂O (g)

-  🟠 Transformation chimique

-  Les espèces chimiques changent mais les éléments chimiques sont conservés.

-  Exemple : CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

-  Les atomes sont réorganisés.

-  🔴 Transformation nucléaire

-  Les noyaux sont transformés.

-  Les éléments chimiques peuvent changer.

-  Exemple : ¹⁴₆C → ¹⁴₇N + ⁰₋₁e

-  Le carbone devient azote.

-  ⭐ CRITÈRE LE PLUS RAPIDE

-  Demande-toi :

-  « Est-ce le noyau qui change ? »

-  ➡️ NON → transformation physique ou chimique.

-  ➡️ OUI → transformation nucléaire.

 

21)- 🟦 APPLICATION : LES ISOTOPES DE L’IODE

-  L’iode possède notamment plusieurs isotopes importants : ¹²³I ; ¹²⁴I ; ¹²⁷I ; ¹³¹I

-  Iode 127 : ¹²⁷₅₃I

-  Z = 53 ; N = 127 − 53 = 74 neutrons

-  C’est l’isotope stable naturel de l’iode.

-  Iode 123 : ¹²³₅₃I

-  N = 123 − 53 = 70 neutrons

-  Il est radioactif et utilisé notamment en médecine nucléaire.

-  Iode 131 : ¹³¹₅₃I

-  N = 131 − 53 = 78 neutrons

-  Il est radioactif et émet notamment des rayonnements β⁻⁻ et γ.

-  Il est utilisé dans certaines applications médicales, notamment pour l’étude et le traitement de la thyroïde.

22)- 🟥 ERREURS ET PIÈGES À ÉVITER

-  ⚠️ PIÈGE 1

-  Confondre A et Z.

-  ❌ Z = nombre de nucléons

-  ✅ A = nombre de nucléons

-  ✅ Z = nombre de protons

-  ⚠️ PIÈGE 2

-  Calculer le nombre de neutrons avec :

-  ❌ N = A + Z

-  ✅ N = A − Z

-  ⚠️ PIÈGE 3

-  Confondre isotope et ion.

-  Isotope → changement du nombre de neutrons

-  Ion → changement du nombre d’électrons

-  ⚠️ PIÈGE 4

-  Croire que β⁻ signifie que A diminue.

-  ❌ Faux.

-  β⁻ : A ne change pas et Z augmente de 1.

-  ⚠️ PIÈGE 5

-  Croire que β⁺ signifie que A diminue.

-  ❌ Faux.

-  β⁺ : A ne change pas et Z diminue de 1.

-  ⚠️ PIÈGE 6

-  Oublier que la particule α est un noyau d’hélium : α = ⁴₂He

-  ⚠️ PIÈGE 7

-  Modifier A ou Z lors d’une émission γ.

-  ❌ Faux.

-  γ : A et Z restent identiques.

-  ⚠️ PIÈGE 8

-  Ne vérifier qu’une seule loi de conservation.

-  Toujours vérifier :

-  A → conservation

-  Z → conservation

-  ⚠️ PIÈGE 9

-  Confondre fission et fusion.

-  🟥 FISSION → un noyau lourd se divise

-  🟩 FUSION → deux noyaux légers s’unissent

-  ⚠️ PIÈGE 10

-  Utiliser des grammes dans E = Δm c².

-  La formule exige :

-  Δm en kg et c en m · s⁻¹ pour obtenir E en J

-  ⚠️ PIÈGE 11

-  Confondre activité et nombre de noyaux.

-  N = nombre de noyaux présents

-  A = nombre de désintégrations par seconde

-  ⚠️ PIÈGE 12

-  Croire qu’un noyau radioactif « vieillit ».

-  ❌ Faux.

-  La probabilité de désintégration d’un noyau ne dépend pas de son âge.

23)- 🟪 CARTE MENTALE EXPRESS

 

🟦 FICHE DE RÉVISION 02 – PHYSIQUE-CHIMIE SECONDE

 CHAPITRE 08 – TRANSFORMATIONS NUCLÉAIRES

Objectif :

savoir reconnaître des isotopes,

écrire et équilibrer une équation nucléaire,

distinguer transformation physique, chimique et nucléaire,

et identifier les principales particules émises lors d’une désintégration.

1)- Points importants à retenir

-  Un élément chimique est défini par son numéro atomique Z, c’est-à-dire le nombre de protons de son noyau.

-  Des isotopes ont le même Z mais un nombre de neutrons différent : leur nombre de masse A change.

-  Le nombre de neutrons vaut N = A − Z.

-  Une transformation nucléaire modifie les noyaux : les éléments chimiques ne sont pas forcément conservés.

-  Une équation nucléaire doit toujours respecter les lois de conservation de Soddy : conservation de A et de Z.

-  Lors d’une transformation nucléaire, de l’énergie peut être libérée sous forme de rayonnement, notamment γ.

2)- Notions clés

 

3)- Formules fondamentales et unités

 

4)- Particules à connaître

 

5)- Méthode rapide pour équilibrer une équation nucléaire

-  Écrire tous les noyaux et particules avec leur A en haut et leur Z en bas.

-  Faire la somme des A à gauche et à droite : elle doit être identique.

-  Faire la somme des Z à gauche et à droite : elle doit être identique.

-  Si une particule est inconnue, déterminer d’abord son A, puis son Z.

-  Identifier la particule grâce au tableau : par exemple A = 0 et Z = − 1 correspond à un électron β⁻.

6)- Astuces de réussite

-  Pour reconnaître des isotopes :

-  regarde d’abord Z. Si Z est identique, c’est le même élément chimique.

-  Pour trouver le nombre de neutrons : applique toujours N = A − Z.

-  Pour identifier une transformation : compare les espèces avant et après.

-  Même espèce mais état différent : physique ; espèces différentes mais éléments conservés : chimique ; noyaux modifiés : nucléaire.

-  Pour vérifier une équation nucléaire : additionne séparément les nombres du haut puis les nombres du bas.

-  Pour les particules β : leur nombre de masse vaut toujours 0.

7)- Erreurs et pièges à éviter

-  Ne pas confondre A et Z : A compte tous les nucléons, Z compte seulement les protons.

-  Ne pas dire que les isotopes ont des propriétés chimiques différentes : ils ont le même cortège électronique, donc une réactivité chimique très proche.

-  Ne pas oublier que le rayonnement γ n’a pas de nombre de masse ni de charge : il ne modifie pas les bilans de A et Z.

-  Ne pas équilibrer une équation nucléaire comme une équation chimique : ici, on conserve les nombres A et Z, pas les molécules.

-  Ne pas confondre transformation chimique et nucléaire : dans une transformation chimique les noyaux ne changent pas.

8)- Mini-bilan à mémoriser

-  En une phrase :

-  une transformation nucléaire correspond à une modification des noyaux atomiques ;

-  elle se décrit par une équation respectant la conservation du nombre de masse A et du nombre de charge Z, et peut libérer une grande quantité d’énergie sous forme de particules ou de rayonnement.

9)- Carte mentale — Transformations nucléaires

THÈME CENTRAL : TRANSFORMATIONS NUCLÉAIRES
Comprendre les noyaux, les isotopes, les équations nucléaires et les lois de conservation.

 

 

 

 

 

-  PIÈGES À ÉVITER :

-  ne pas confondre A et Z ; ne pas oublier le signe de la particule β⁻ ;

-  ne pas équilibrer une équation nucléaire comme une équation chimique ;

-  ne pas compter γ dans les bilans de masse et de charge.