TP 10 : Stabilité et instabilité des noyaux Objectifs : Observer les diagrammes NZ qui permettent de se remémorer la structure du noyau et la notation 𝐴𝑍𝑋. On y voit aussi les noyaux stables et les noyaux radioactifs ; étudier les différents types de radioactivité. L’ensemble des noyaux connus est classé dans un diagramme appelé diagramme de Segré. Étudions à l’aide du diagramme ci-dessous, ou à partir du logiciel Nucleus dont il est issu, la stabilité et l’instabilité des noyaux. I.

Introduction

Doc 1 – Diagramme de Segré : le nombre de neutrons (N = A – Z) est porté en abscisse et le nombre de protons (Z) en ordonnée. Chaque case correspond à un noyau

A ZX

. L’ensemble des noyaux stables est appelé « la vallée de la stabilité ».

Les noyaux radioactifs suivants sont couramment utilisés en médecine nucléaire : le technétium 99, l’indium 111, l’iode 123, l’iode 125. Le nombre à droite du nom indique le nombre de nucléons.

On donne les symboles et les numéros atomiques suivants : Nom

Technétium

Indium

Iode

Symbole

Tc

In

I

Numéro atomique

43

49

53

1) Donner le symbole 𝐴𝑍𝑋 de chacun des quatre noyaux cités en introduction. 2) Donner la composition de chacun de ces quatre noyaux. C7 – La radioactivité

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3) Indiquer lequel de ces quatre noyaux est le plus lourd et le(s)quel(s) porte(nt) la charge électrique la plus grande. 4) Marquer d’une croix chacun de ces quatre noyaux sur le diagramme N-Z ci-joint (doc. 2).

h 5) Parmi les quatre noyaux cités, deux sont isotopes d’un même élément. Lesquels ? 6) A l’aide du diagramme, donner le symbole 𝐴𝑍𝑋 d’un isotope stable de l’indium.

La courbe ci-dessous (doc. 3) montre l’évolution au cours du temps, du pourcentage de noyaux de technétium restants dans l’organisme à partir de son injection.

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7) Vérifier les affirmations suivantes : - Une journée après l’injection, il reste moins de 10% de noyaux. - Le nombre de noyaux diminue toujours d’environ 10% par heure - La première heure, le nombre de noyaux diminue d’environ 10% 8) Donner le nombre d’électrons présents dans le nuage électronique d’un atome d’iode. 9) L’iode injecté pour l’examen par scintigraphie de la glande thyroïde est formé d’un noyau d’iode 123 entouré de 54 électrons. Cet édifice est-il un atome ? Justifier. 1. Analyser le document 1 et l’animation

a. Des stables ou des instables, quels sont les noyaux les plus abondants ? b. Identifier le noyau stable le plus lourd. Donner sa notation symbolique. c. Repérer les noyaux suivants sur le diagramme :

55 20 60 210 10 Ne, 30 Zn, 20 Ca, 84 Po

et indiquer s’ils sont stables ou

instables. II.

2. Interpréter

a. Quel est le point commun aux noyaux de même ordonnée ? Relever un exemple. Ces noyaux sont dits isotopes. b. Donner la définition de noyaux isotopes. c. Quelles sont les interactions qui existent entre les nucléons d’un Donner une interprétation de la stabilité ou de l’instabilité des noyaux étudiés en question 1.c.

noyau ?

3. Conclure

Lorsque les noyaux instables se désintègrent, trois cas sont observés : le noyau perd deux neutrons et deux protons (radioactivité α), ou bien un proton se transforme en neutron au sein du noyau (radioactivité β+), ou encore un neutron se transforme en proton au sein du noyau (radioactivité β-).

a. En prenant comme exemple les noyaux instables étudiés à la question 1.b., quel type de radioactivité peuton prévoir pour les noyaux instables situés :

-

Au-dessus de la vallée de stabilité ? En dessous de la vallée de stabilité ? Au-delà de Z = 82 ?

b. Donner la notation symbolique des noyaux fils obtenus à partir des noyaux instables étudiés à la question 1.b.

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