Les atomes qui composent ton corps, l’air et les roches n’ont pas toujours existé. Les plus légers sont apparus juste après le Big Bang, les autres ont été fabriqués dans les étoiles. Certains noyaux sont instables : ils se désintègrent spontanément, ce qui permet de mesurer le temps.
Une question sur ce cours ?
ULU, le tuteur d’ULUMINE, t’aide à partir de ce cours.
Objectifs
- Connaître l’origine des éléments chimiques (Big Bang, étoiles)
- Comparer l’abondance des éléments dans l’Univers, la Terre et les êtres vivants
- Écrire une équation de réaction nucléaire en appliquant les lois de conservation
- Utiliser la notion de demi-vie pour prévoir l’évolution d’un échantillon radioactif
1. Noyaux, éléments et isotopes
Élément chimique : Ensemble des atomes et des ions qui ont le même numéro atomique Z, c’est-à-dire le même nombre de protons dans leur noyau.
Un noyau se note ᴬZX : A est le nombre de nucléons (protons + neutrons), Z le nombre de protons. Le nombre de neutrons vaut N = A − Z.
Isotopes : Noyaux qui ont le même Z mais des A différents (donc un nombre de neutrons différent). Exemple : le carbone 12 (6 protons, 6 neutrons) et le carbone 14 (6 protons, 8 neutrons).
2. Une histoire des éléments : la nucléosynthèse
- Après le Big Bang (il y a environ 13,8 milliards d’années) : formation des noyaux les plus légers, essentiellement l’hydrogène et l’hélium.
- Dans le cœur des étoiles : des réactions de fusion transforment l’hydrogène en hélium, puis l’hélium en carbone, oxygène… jusqu’au fer dans les étoiles les plus massives.
- Lors des explosions d’étoiles massives (supernovas) et d’autres événements violents : formation d’éléments plus lourds que le fer, dispersés ensuite dans l’espace.
| Univers | Croûte terrestre | Corps humain |
|---|---|---|
| Hydrogène ≈ 74 % | Oxygène ≈ 46 % | Oxygène ≈ 65 % |
| Hélium ≈ 24 % | Silicium ≈ 28 % | Carbone ≈ 18 % |
| Oxygène ≈ 1 % | Aluminium ≈ 8 % | Hydrogène ≈ 10 % |
| Carbone < 1 % | Fer ≈ 5 % | Azote ≈ 3 % |
La répartition n’est donc pas la même partout : la Terre est surtout faite d’éléments lourds (fer, oxygène, silicium, magnésium), tandis que le vivant est dominé par C, H, O et N.
3. Réactions nucléaires et radioactivité
Une réaction nucléaire modifie les noyaux (contrairement à une réaction chimique, qui ne modifie que les électrons). Elle peut être une fusion, une fission ou une désintégration radioactive spontanée.
Conservation du nombre de nucléons A et du nombre de charge Z
Désintégration du carbone 14
- Équation : ¹⁴₆C → ¹⁴₇N + ⁰₋₁e (un électron est émis).
- Conservation de A : 14 = 14 + 0. ✔
- Conservation de Z : 6 = 7 + (−1). ✔
Le carbone 14 se transforme en azote 14 : l’élément chimique a changé.
4. La demi-vie
Demi-vie t_{1/2} : Durée au bout de laquelle la moitié des noyaux radioactifs initialement présents dans un échantillon se sont désintégrés.
Après n demi-vies : N =
| Durée écoulée | 0 | t1/2 | 2 t1/2 | 3 t1/2 | 4 t1/2 |
|---|---|---|---|---|---|
| Noyaux restants | N₀ |
Datation d’un os par le carbone 14 (t1/2 ≈ 5 730 ans)
Un os ne contient plus que 25 % du carbone 14 qu’il contenait à la mort de l’animal.
- 25 % = = : deux demi-vies se sont écoulées.
- Âge ≈ 2 × 5 730 = 11 460 ans.
L’animal est mort il y a environ 11 500 ans.
Les demi-vies sont très variées : environ 8 jours pour l’iode 131, environ 5 730 ans pour le carbone 14, environ 4,5 milliards d’années pour l’uranium 238.
À retenir
- H et He sont nés après le Big Bang ; les éléments plus lourds ont été formés dans les étoiles.
- L’abondance des éléments diffère entre l’Univers, la Terre et le vivant.
- Une réaction nucléaire conserve A et Z.
- La désintégration d’un noyau est aléatoire, mais une population diminue de moitié à chaque demi-vie.
- Après n demi-vies, il reste noyaux.
Et maintenant, à toi !
Vérifie que tu as compris avec les exercices, puis révise avec la fiche.