Structure de l'atome et Configurations électroniques

Structure de l'atome

• L'atome est la plus petite unité de matière.
• Il se compose d'un noyau (protons et neutrons) et d'un nuage d'électrons.
• Les électrons ont une charge négative (-1,6 x 10⁻¹⁹ C).
• Les protons ont une charge positive (+1,6 x 10⁻¹⁹ C).
• Les neutrons n'ont pas de charge.
• La masse d'un atome est approximativement égale à la masse de son noyau.

Configurations électroniques

• Différents modèles décrivent le comportement des électrons, notamment le modèle planétaire de Rutherford, le modèle de Bohr et le modèle de Schrödinger.
• Le modèle de Schrödinger, basé sur la mécanique quantique, prédit la probabilité de trouver un électron à un endroit donné.
• Les nombres quantiques (n, l, m, ms) définissent le niveau d'énergie, la forme, l'orientation et le spin d'un électron.
• Le principe d'exclusion de Pauli stipule qu'aucun électron dans un atome ne peut avoir le même ensemble de nombres quantiques.

Niveaux d'énergie

• Les électrons occupent des niveaux d'énergie spécifiques autour du noyau.
• L'énergie d'un électron est négative, ce qui signifie qu'il est lié à l'atome.
• De l'énergie est nécessaire pour retirer un électron d'un atome (énergie d'ionisation).

Stabilité nucléaire

• Les forces nucléaires maintiennent le noyau ensemble.
• L'énergie de liaison nucléaire est l'énergie nécessaire pour séparer le noyau en ses protons et neutrons constituants.
• Les noyaux instables subissent une désintégration radioactive.

Chimie nucléaire

• Le numéro atomique (Z) : Détermine les propriétés chimiques d'un élément.
• Le nombre de masse (A) : La somme des protons et des neutrons dans le noyau. Définit un isotope.
• Isotope : Noyaux avec le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons.
• Isobares : Noyaux ayant le même nombre de masse (A) mais des numéros atomiques (Z) différents.
• Désintégration radioactive : Processus spontané dans lequel un noyau instable émet des particules ou de l'énergie pour devenir plus stable.
• Réaction nucléaire : Une réaction se produisant au sein du noyau.
• Rayonnement ionisant : Rayonnement ayant suffisamment d'énergie pour retirer des électrons des atomes, créant des ions.
• Types de rayonnement : alpha (α), bêta (β), gamma (γ), rayons X et neutrons (n).
• Rayonnement électromagnétique (REM) : Un type d'énergie qui se déplace dans l'espace comme la lumière et les ondes radio.

Radioactivité

• Rayonnement : Un mode de propagation de l'énergie à travers l'espace.
• Rayonnement particulaire : Inclut les particules alpha (α) et bêta (β).
• Rayonnement électromagnétique (REM) : Inclut les rayons gamma (γ) et les rayons X, caractérisés par leur haute énergie et leur capacité à ioniser les atomes.
• Réactions nucléaires : Impliquent des changements au sein du noyau, aboutissant à la formation d'un nouvel élément.
• Énergie d'ionisation : Énergie nécessaire pour retirer un électron interne de la couche d'un atome.

Autres concepts

• Équivalence masse-énergie (E=mc²) : Introduite, reliant la masse et l'énergie.
• Énergie de liaison : L'énergie nécessaire pour séparer les protons et les neutrons constitutifs d'un noyau.
• Stabilité nucléaire : Dépend de l'équilibre entre la force nucléaire forte et la répulsion électrostatique entre les protons.
• Désintégration radioactive : Processus spontané de noyaux instables émettant des particules ou de l'énergie pour atteindre la stabilité.
• Excitation : Un électron se déplace d'un niveau d'énergie inférieur à un niveau supérieur au sein d'un atome.

Désintégration radioactive

• Le document détaille les conditions nécessaires à la désintégration bêta (β⁻ et β⁺) pour se produire.
• Les différentes désintégrations émettent des types de particules différents.
• L'excitation du noyau et l'énergie qui l'accompagne sont abordées.
• Il existe également une discussion sur la possibilité d'un rayonnement secondaire ou de particules émises.

Capture électronique (CE)

• Conditions : Un noyau lourd avec une faible énergie d'excitation. L'énergie de l'électron entrant est de 1,022 MeV.
• Cause : Excès d'électrons dans le noyau.
• Mécanisme : Un électron d'une orbitale interne est capturé par un proton, le transformant en neutron. Un noyau plus stable est créé.

Transformation par partition

• Conditions : Un noyau lourd avec un état instable (N>126).
• Cause : Rapport neutron-proton.
• Mécanisme : Agrégation de nucléons (2 protons et 2 neutrons). Émission d'une particule alpha.

Dés-excitation

• Dés-excitation par émission : Condition : Haute énergie du noyau. Mécanisme : Émission d'énergie électromagnétique.
• Dés-excitation par conversion interne (IC) : Condition : Noyau excité avec une faible énergie. Mécanisme : Un électron éjecté pendant la dés-excitation.
• Dés-excitation par émission d'une paire d'électrons : Condition : Noyau avec une énergie >1,02 MeV. Mécanisme : Émission d'un électron négatif et d'un électron positif, convertissant le noyau à un état plus stable.

Notes sur la désintégration radioactive

• Concept général : Décrit le processus de désintégration radioactive, mentionnant la libération spontanée de particules et l'énergie qui en résulte.
• Taux de désintégration : Mention du taux de désintégration (activité) en fonction du temps.
• Activité (A) est le nombre de désintégrations par seconde.
• Temps de demi-vie (t₁/₂): Un concept crucial lié au temps qu'il faut pour que la moitié d'un échantillon se désintègre.
• Constantes de désintégration (λ): Relation avec le temps de demi-vie.

Calculs numériques

• Nₜ = N₀ e⁻λₜ
• Aₜ = A₀ e⁻λₜ
  • t₁/₂ = ln2 / λ
• Exemple spécifique : Un calcul impliquant un temps de désintégration (10⁷) et l'activité restante. Le résultat final, A₁₀⁷, est exprimé comme un multiple de l'activité initiale A₀.

Différentes périodes

• Période physique (tp) : Période radioactive, le temps jusqu'à ce que la moitié de la quantité principale soit désintégrée.
• Période biologique (tb) : Temps jusqu'à ce qu'une substance introduite dans l'organisme soit éliminée à moitié du corps.
• Période effective (te) : Temps jusqu'à ce qu'une substance soit distribuée dans les tissus et les organes soit éliminée du corps à moitié. La quantité de substance est réduite de moitié, basée sur la période physique et biologique.

Élimination radioactive

• Un graphique est présenté avec les axes suivants :
  • Axe des x : Temps
  • Axe des y : Quantité
• Le graphique montre les différentes périodes :
  • Une courbe rouge représente la grande quantité qui diminue.
  • Une courbe verte qui montre une diminution plus lente.
  • Une courbe bleue qui montre une diminution plus rapide.

Générateur de production de Technétium-99m

• Chaque service de médecine nucléaire possède un générateur qui produit du Technétium-99m chaque semaine.
• Le molybdène produit du Technétium-99m quotidiennement.
• Le Technétium-99m est un radiopharmaceutique radioactif utilisé à des fins diagnostiques.
• Le Tc-99m est injecté par voie intraveineuse, soit libre, soit couplé à un vecteur pour cibler un organe spécifique.
• Le Tc-99m se lie préférentiellement à l'organe cible et émet des rayons gamma.
• Une caméra gamma détecte ces rayons gamma.
• Les images résultantes sont des scintigraphies fonctionnelles.

Générateur de Molybdène → Tc99m

• Mo (1) (99) : 42
  • → Tc (2) (99m) : 43
    • → Tc (3) (99) : 43
• T₁ (Demi-vie de Mo) : 67 heures
• λ₁ (Constante de désintégration de Mo) : 10⁻² /heure
• T₂ (Demi-vie de Tc) : 6 heures
• λ₂ (Constante de désintégration de Tc) : 12.10⁻² /heure
• T₁ > T₂ : Le taux de désintégration de Tc (2) est plus rapide que celui de Mo (1).
• A₂/A₁= Cte : Condition d'équilibre, l'activité du Tc99m atteint un rapport constant avec l'activité de Mo (1) au fil du temps, ce qui implique qu'un équilibre a été établi par la chaîne de désintégration.

Ce quiz porte sur la structure de l'atome, les configurations électroniques et les niveaux d'énergie des électrons. Vous explorerez les composants fondamentaux de l'atome ainsi que les différentes théories décrivant le comportement des électrons. Testez vos connaissances sur les modèles atomiques et les principes quantiques qui régissent leur fonctionnement.