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Physique-Chimie 2de

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Pour aller plus loin


L’atomium représente la maille élémentaire d’un cristal de fer agrandie 165 milliards de fois. Il est composé de neuf sphères (une à chaque sommet du cube et une au centre) qui représentent chacune un atome de fer. Chaque sphère a un diamètre d’environ 18 m et une masse de 250 t.

D’après « Atomium », bruxelles.be.

Doc. 2
L’expérience de Bothe et Becker

Le montage expérimental était très simple : une source de polonium bombardait une cible par des particules alpha. Un détecteur permettait de mesurer l’énergie du rayonnement émis. Bothe et son étudiant Herbert Becker observèrent un rayonnement dont l’énergie était proche de celle attendue sauf dans le cas du béryllium où aucun proton n’était émis mais le fl ux de rayonnement était beaucoup plus intense et de plus grande énergie. Walter Bothe interpréta le cas du béryllium comme la formation d’un noyau excité de carbone 13 suivant la réaction :
24He+49Be613C*613C+γ_{2}^{4}\text{He} + _{4}^{9}\text{Be} \rightarrow _{6}^{13}\text{C*} \rightarrow _{6}^{13}\text{C}+\gamma



D’après Alain Bouquet, « Découverte du neutron », laradioactivite.com.
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30
Compter des atomes

APP : Extraire l'information utile sur des supports variés

On souhaite déterminer le nombre d’atomes d’aluminium nécessaires pour la fabrication d’une canette de soda.

1. Détermination de la masse d’aluminium contenue dans une canette :
  • prendre une canette vide et sèche ;
  • allumer la balance et vérifier qu’elle est bien tarée ;
  • peser la canette ;
  • noter la masse mesurée, m canette =m_{\text { canette }}=

2. Déterminer la masse d’un atome d’aluminium.


3. Quel serait le nombre d’atomes d’aluminium présents dans une canette si on considère qu’elle est composée uniquement d’aluminium ?


4. Proposer un protocole pour vérifier la masse volumique de l’aluminium si on fait la même supposition.

Doc. 1
L’hypothèse de Rutherford

Après avoir établi l’existence du noyau atomique, Rutherford mena plusieurs expériences de collision de particules alpha (noyaux d’hélium) sur différents noyaux. Il découvrit ainsi que des noyaux d’hydrogène (qu’il baptisa protons) étaient éjectés de noyaux d’azote. [...] Il supposa alors que tous les noyaux étaient des assemblages de protons et d’électrons, en nombre variable. En 1920, Rutherford suggéra l’existence de sous-structures dans les noyaux, [...] et il évoqua la possibilité d’un assemblage particulièrement étroit d’un proton et d’un électron, formant une particule neutre très pénétrante.


D’après Alain Bouquet, « Découverte du neutron », laradioactivite.com.
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31
L'atomium de Bruxelles
ESPRIT CRITIQUE

MATH : Pratiquer le calcul numérique : puissance de 10

L’atomium de Bruxelles a été construit pour l’exposition universelle de 1958.

1. Le monument a une hauteur de 102 m. La maille de fer présentée dans la même disposition a une hauteur de 560 pm. L’échelle annoncée dans le document est-elle respectée ?
L’isotope le plus abondant du fer a pour notation symbolique 2656Fe_{26}^{56}\text{Fe}


2. Quelle est la masse d’un atome de fer ?


3. Si les sphères étaient constituées uniquement d’atomes de fer, combien d’atomes chacune contiendrait-elle ?



Doc. 1
Matériel disponible

  • Canette de soda vide ;
  • Réglet métallique ou règle double décimètre ;
  • Balance ;
  • Éprouvette graduée ;
  • Canette de soda pleine et fermée ;
  • Grand bécher ;
  • Cristallisoir ;
  • Eau.

Doc. 3
L’hypothèse de Chadwick

Chadwick menait depuis plusieurs années le même type d’expériences, et il avait mis au point un appareillage plus sensible. Chadwick put détecter l’éjection d’autres noyaux que les protons par le rayonnement de Bothe et Becker. Il démontra que si le rayonnement était dû à des c, dont la masse est nulle, leur énergie devait être d’autant plus élevée que les noyaux de la cible étaient lourds, ce qui n’avait aucun sens. En supposant par contre que le rayonnement était dû à des particules de masse voisine de celle du proton, ces particules avaient une énergie constante quelle que soit leur cible. La réaction de Bothe était en réalité :

24He+49Be613C*_{2}^{4}\text{He} + _{4}^{9}\text{Be} \rightarrow _{6}^{13}\text{C*} puis 613C*612C+n+γ _{6}^{13}\text{C*} \rightarrow _{6}^{12}\text{C} + n +\gamma



D’après Alain Bouquet, « Découverte du neutron », laradioactivite.com.

Doc. 2
À propos de l’aluminium

  • Symbole chimique : Al\text{Al} ;
  • Numéro atomique : 13 ;
  • Nombre de masse : 27 ;
  • Masse volumique : 2,7 kg/L.

L’aluminium
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29
Comment le neutron a été découvert

APP : Extraire l'information utile sur des supports variés

1. Quelle est la découverte de Rutherford ?


2. Écrire la composition d’une particule alpha.


3.
Pourquoi l’interprétation de Walter Bothe n’était-elle pas cohérente ?


4. La masse du neutron a été mesurée quelques années après. Comparer les masses du neutron et de la particule imaginée par Rutherford. Avait-il raison ?

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