Chapitre 7 : atomes et noyaux
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Questions and Answers

Quelle est la dimension approximative d'un noyau atomique ?

  • 1 fm (correct)
  • 1 Å
  • 5000 Å
  • 1 µm

    • De quand datent les plus vieux globules rouges actuellement présents dans le sang de Kilian Jornet ?

  • 4 jours
  • 4 mois
  • 4 semaines
  • 4 ans (correct)

    • De quand datent les noyaux des atomes de fer actuellement présents dans votre hémoglobine ?

  • La naissance de mes parents
  • La formation du système solaire (4.5 milliards d'années) (correct)
  • Ma naissance
  • La séparation entre homo et les autres grands singes (7 millions d'années)

    • Quelle proportion de la masse d'un atome neutre est due aux électrons ?

    <p>0.03 %</p> Signup and view all the answers

    Quelle est la distance entre deux atomes de carbone dans le graphène ?

    <p>1.42 Å</p> Signup and view all the answers

    Quelle est l'origine des noyaux qui composent notre hémoglobine ?

    <p>Fusions successives dans le cœur des étoiles</p> Signup and view all the answers

    Quelle est la période approximative de la formation du système solaire ?

    <p>4.5 milliards d'années</p> Signup and view all the answers

    Combien de fois un noyau est-il plus petit qu'un atome ?

    <p>100 000 fois</p> Signup and view all the answers

    Quelle est la masse d'un électron comparée à celle des nucléons ?

    <p>environ 1/1800 de la masse d'un nucléon</p> Signup and view all the answers

    Quelles particules ont été synthétisées dans des étoiles ayant explosé avant notre époque ?

    <p>Noyaux de fer</p> Signup and view all the answers

    Quel est le minimum d'énergie requis pour extraire un noyau d'un atome ?

    <p>10 eV</p> Signup and view all the answers

    Quel est l'élément le plus abondant dans le corps humain ?

    <p>Hydrogène</p> Signup and view all the answers

    Quel est le rapport de la part en masse des électrons dans un atome neutre par rapport à celle de l'atome entier ?

    <p>0.03</p> Signup and view all the answers

    Quelle affirmation est correcte concernant la charge des particules dans un atome ?

    <p>Le proton a une charge positive.</p> Signup and view all the answers

    Quelle est la taille approximative d'un atome en mètres ?

    <p>10^-10 m</p> Signup and view all the answers

    Combien d'atomes y a-t-il dans un humain de 70 kg ?

    <p>6.7 x 10^27 atomes</p> Signup and view all the answers

    Quel modèle représente généralement la structure d'un atome ?

    <p>Modèle planétaire</p> Signup and view all the answers

    Quelle est la charge élémentaire d'un électron en coulombs ?

    <p>1.6 x 10^-19 C</p> Signup and view all the answers

    Quel est l'exemple d'énergie de liaison des électrons dans la couche K d'un atome d'argon ?

    <p>Environ 3'000 eV</p> Signup and view all the answers

    Pourquoi l'énergie des électrons dans un atome est-elle qualifiée de quantifiée ?

    <p>Parce qu'elle ne peut prendre que des valeurs spécifiques</p> Signup and view all the answers

    Quel est le rôle des neutrons dans un atome ?

    <p>Ils n'ont pas de charge</p> Signup and view all the answers

    Quelles charges portent respectivement les protons et les électrons ?

    <p>Les protons ont une charge positive et les électrons une charge négative</p> Signup and view all the answers

    Dans un atome d'argon, quel niveau d'énergie suivent les électrons ?

    <p>Les électrons occupent des orbitales organisées en niveaux d'énergie</p> Signup and view all the answers

    Quelle est la masse d'un proton en kg ?

    <p>$1.673 x 10^{-27} kg$</p> Signup and view all the answers

    Laquelle des affirmations suivantes est fausse concernant l'énergie de liaison des électrons ?

    <p>L'énergie de liaison peut varier de manière continue entre 15 eV et 2'000 eV</p> Signup and view all the answers

    Quel est le numéro atomique dans un atome ?

    <p>Le nombre total de protons dans le noyau</p> Signup and view all the answers

    Quel énoncé décrit le mieux la position des électrons selon le modèle quantique de l'atome ?

    <p>Les électrons se trouvent dans des orbitales définies par des fonctions d’onde.</p> Signup and view all the answers

    Qu'est-ce qui détermine l'énergie de liaison d'un électron dans un atome ?

    <p>Les quatre nombres quantiques associés à l'électron.</p> Signup and view all the answers

    Selon le principe d’exclusion de Pauli, quel énoncé est vrai ?

    <p>Chaque électron a un ensemble unique de nombres quantiques.</p> Signup and view all the answers

    Comment les orbitales électroniques sont-elles représentées dans le tableau périodique ?

    <p>En indiquant des niveaux d'énergie quantifiés spécifiques.</p> Signup and view all the answers

    Quel aspect de l'énergie d'un électron est représenté dans l'état excité ?

    <p>L'électron a absorbé de l'énergie pour passer à un état supérieur.</p> Signup and view all the answers

    Quelle caractéristique est fausse concernant les charges des électrons ?

    <p>Les électrons peuvent encapsuler plusieurs charges positives.</p> Signup and view all the answers

    Quel est l'objectif principal d'une fonction d'onde dans le modèle quantique ?

    <p>Prédire la probabilité de la présence d'un électron dans un espace donné.</p> Signup and view all the answers

    En quoi le modèle quantique de l'atome diffère-t-il des modèles antérieurs ?

    <p>Il repose sur des concepts de probabilité et d'ondes.</p> Signup and view all the answers

    Quelle affirmation décrit le mieux le comportement d'un électron moins lié lorsqu'il reçoit de l'énergie ?

    <p>Il va occuper l'orbitale libre.</p> Signup and view all the answers

    Quel est le principal facteur qui confère la stabilité d'un noyau ?

    <p>La force nucléaire qui maintient les nucléons confinés.</p> Signup and view all the answers

    Qu'est-ce qui se passe lorsqu'un nucléon se lie davantage au noyau ?

    <p>Il libère de l'énergie sous forme d'un photon.</p> Signup and view all the answers

    Quel est le rapport de la masse des nucléons par rapport à celle des électrons ?

    <p>Environ 1800 fois supérieure.</p> Signup and view all the answers

    Comment se forme un isotope d'un élément ?

    <p>En variant le nombre de neutrons tout en maintenant le même nombre de protons.</p> Signup and view all the answers

    Quel pourcentage de la masse de l'atome est concentré dans le noyau pour un élément typique avec un nombre égal de protons et de neutrons ?

    <p>Plus de 99.97%.</p> Signup and view all the answers

    Quelle est la force responsable de l'interaction entre les protons à l'intérieur du noyau ?

    <p>La force nucléaire.</p> Signup and view all the answers

    Quel est l'impact d'une transformation qui conduit à l'émission d'énergie hors du noyau ?

    <p>Le noyau devient instable ou radioactif.</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

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    Chapitre 7 : Atomes et noyaux

    • Le chapitre est dispensé par le Pr François Bochud.
    • Le module est B1.1, FBM - BMed.
    • Le cours porte sur la physique générale.

    Citation de George Box

    • "Tous les modèles sont faux, mais certains sont utiles"
    • George Box (1919-2013)

    Objectifs du cours

    • Décrire les modèles classiques et quantiques de l'atome et du noyau.
    • Comparer les caractéristiques de l'atome et du noyau, en particulier du point de vue des énergies de liaison.
    • Connaître l'âge de l'Univers et du système solaire et expliquer d'où vient la matière qui nous entoure.

    L'atome

    • Pour extraire un noyau de l'atome, une énergie d'au moins 10 eV est nécessaire.
    • L'extraction d'un nucléon nécessite près d'un million de fois plus d'énergie.
    • La masse d'un atome est principalement concentrée dans le noyau.
    • L'atome est composé d'un noyau chargé positivement et d'un nuage d'électrons.
    • Dans un atome neutre, le nombre de protons est égal au nombre d'électrons.
    • Le numéro atomique correspond au nombre de protons.
    • La charge élémentaire d'un électron est de 1.6 x 10^-19 C. Sa masse est de 9.1 x 10^-31 kg.
    • La taille d'un atome est de l'ordre de 10^-10 m.
    • La taille du noyau est de l'ordre de 10^-15 m. La taille du noyau est 100 000 fois plus petite que celle de l'atome.
    • La charge d'un neutron est nulle, celle d'un proton est +e.
    • Un humain de 70 kg contient environ 6.7 x 10^27 atomes.
    • L'hydrogène, l'oxygène et le carbone représentent près de 99 % des atomes du corps.

    De quand datent les plus vieux globules rouges dans le sang de Kilian Jornet ?

    • Environ 4 mois.

    De quand datent les noyaux des atomes de fer dans l'hémoglobine ?

    • Entre 4.5 et 13.7 milliards d'années.

    Les noyaux qui composent la matière

    •  Ces noyaux ont été synthétisés dans des étoiles avant la formation du système solaire.
    • Ce processus se fait par des fusions successives au cœur des étoiles.

    Dimensions d'un atome

    • 1 µm (10^-6 m)
    • 1 Å (10^-10 m)
    • 1 fm (10^-15 m)

    Distance entre les atomes de carbone dans le graphène

    • 1.42 Å.

    Dimension d'un noyau

    • 1 fm (10^-15 m)
    • La moitié de celle de l'atome.
    • 100 000 fois plus petit que l'atome.

    Partie des électrons dans un atome neutre

    • 0.03 %.

    Modèle classique de l'atome

    • Modèle planétaire.
    • Les électrons gravitent autour du noyau sur des orbites circulaires.

    Modèle classique du noyau

    • Composants : protons (charge +e) et neutrons (charge 0).
    • Masse : environ 10^-25 kg.
    • Dimension : environ 10^-15 m.
    • Energie de liaison : environ 10 MeV.
    • Forces : nucléaire et électromagnétique.

    Composition et comparaison avec l'atome

    • Le noyau est composé de nucléons (protons et neutrons).
    • La masse d'un nucléon est environ 1800 fois plus importante que celle d'un électron.
    • Pour la plupart des atomes, la majeure partie de la masse est contenue dans le noyau.
    • Les nucléons sont liés par la force nucléaire forte.
    • L'énergie de liaison des nucléons est beaucoup plus importante que celle des électrons d'un atome.

    Nomenclature du noyau

    • Le nombre de masse (A) correspond au nombre total de nucléons (protons + neutrons).
    • Les isotopes d'un élément ont le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons.

    Energies de liaison

    •  Les électrons périphériques ont une énergie de liaison de l'ordre de 10 eV.
    • Les nucléons ont des énergies de liaison beaucoup plus élevées : 1 million de fois plus élevés que celle des électrons périphériques.

    Rayonnement de fluorescence et transition stimulée

    •  Un électron peut passer d'une orbite à une autre, et émettre ou absorber un photon.
    • La transition peut être spontanée ou stimulée.
    •  Le rayonnement de fluorescence est l'émission d'un photon lorsqu'un électron dans un état excité revient à son état fondamental.
    • La transition stimulée est l'émission d'un photon lorsqu'un électron est poussé à revenir à son état fondamental par un photon incident de même énergie et fréquence.

    Âges de l'Univers et du système solaire

    • L'âge de l'univers est d'environ 13,7 milliards d'années ;
    • L'âge du système solaire est d'environ 4,5 milliards d'années.
    • La matière qui compose l'univers a été créée lors du Big Bang.
    • La matière qui nous compose a été créée dans des étoiles et des supernovaes et a été fusionné dans notre système solaire.

    Modèle quantique de l'atome

    • Les électrons ne sont pas considérés comme des particules ponctuelles sur des orbites précises, mais plutôt comme des distributions de probabilité.
    • Leurs énergies sont quantifiées.

    Modèle quantique du noyau

    • Les nucléons (protons et neutrons) sont également décrits comme des particules en mouvement et occupent des niveaux d'énergie quantifiés.

    Forces antagonistes dans le noyau

    •  Les protons ont une charge positive et se repoussent par une force électromagnétique.
    • La force nucléaire forte est une force attractive à courte portée qui surmonte la force électromagnétique.
    •  L'énergie de liaison du noyau décroît pour les noyaux les plus lourds.
    • La force nucléaire diminue avec la distance.

    Comment nomme-t-on un noyau de carbone avec 8 neutrons ?

    • C-14.

    Différences entre physique quantique et classique

    • Caractère discret : en physique classique, les grandeurs telles que l'énergie peuvent prendre n'importe quelle valeur continue. En physique quantique, l'énergie est quantifiée et ne peut prendre que des valeurs discrètes.
    • Probabilité : en physique classique, la position et la vitesse d'une particule sont déterminées avec précision. En physique quantique, la position et la vitesse sont décrites par des probabilités.

    Comment nomme-t-on un noyau de carbone avec 8 neutrons

    • C-14.

    Autres

    • Des informations supplémentaires sur les atomes, les noyaux, les orbitales électroniques et les nombres magiques sont fournis dans les pages des diapositives.
    • Des exemples de questions d'examen sont présentés.

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    Quiz Team

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    Description

    Testez vos connaissances sur la physique nucléaire et son lien avec l'hémoglobine. Ce quiz aborde des sujets tels que la taille des noyaux atomiques, la masse des électrons et l'origine des éléments dans notre corps. Vous découvrirez des faits fascinants sur la formation du système solaire et l'abondance des éléments essentiels à la vie.

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