Le noyau

Le noyau d’un atome définit sa masse ainsi que son identité.

Composition du noyau

Le noyau est composé de nucléons. Il existe deux sortes de nucléons : les protons et les neutrons.

Les protons sont des particules chargées positivement, de charge électrique élémentaire $+e=1,6\times {10}^{-19}C$. Ils ont une masse de $1,67\times {10}^{-27}kg$. Le nombre de protons, noté $Z$, est appelé numéro atomique.

Les neutrons sont des particules neutres. Ils ont également une masse de $1,67\times {10}^{-27}kg$. Le nombre de neutrons est noté $N$.

On note $A$ le nombre total de nucléons dans le noyau. On a donc $A=Z+N$. Le nombre de nucléons $A$ est appelé nombre de masse.

Notation symbolique du noyau

On note symboliquement le noyau d’un élément chimique, par la notation ${}_Z^{A}X$, avec :

• $X$ : Le symbole chimique de l’élément considéré. Ce symbole dépend du nombre de protons.
• $A$ : Le nombre de masse, c’est-à-dire le nombre de nucléons
• $Z$ : Le numéro atomique, c’est-à-dire le nombre de protons

Attention

Le nombre de neutrons est implicite et il faut donc faire un calcul pour le retrouver. Sachant que le nombre de nucléons $A$ est le nombre total de protons et neutrons ($A=Z+N$), on en déduit facilement que le nombre de neutrons $N$ est égal à $N=A-Z$.

Exemple : Le noyau ${}_3^{7}Li$ représente le noyau de l’élément Lithium, composé de $Z=3$ protons et $N=7-3=4$ neutrons. Il y a au total $7$ nucléons dans le noyau.

Exercice : Quelle est la composition de noyau de sodium ${}_{11}^{23}Na$ ?

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Le noyau est composé de $Z=11$ protons et $N=23-11=12$ neutrons. Il y a au total $23$ nucléons dans le noyau.

Isotopes

Deux noyaux sont dits isotopes s’ils ont le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent. Ils ont donc le même symbole chimique, le même numéro atomique $Z$, mais un nombre de masse $A$ différent.

Exemple : Le noyau ${}_3^{7}Li$ et le noyau ${}_3^{6}Li$ sont des isotopes du Lithium. Ils ont le même symbole chimique $Li$, le même numéro atomique $Z=3$ mais un nombre de masse différent $A=7$ et $A=6$.

Remarque

Tous les isotopes d’un élément chimique ne sont pas stables. Certains isotopes sont radioactifs et se désintègrent en émettant des particules ou des rayonnements. C’est le cas du carbone radioactif ${}_6^{14}C$ qui est utilisé en archéologie pour datation des objets.

Caractéristique du noyau

Le noyau concentre la quasi totalité de la masse de l’atome. Pour calculer la masse d’un atome, il suffit alors de calculer la masse du noyau. On utilise alors la relation suivante :

$$\begin{array}{rl}{m}_{atome}& =m_{noyau}\\ & =m_{proton}\times Z+m_{neutron}\times N\end{array}$$

Comme les protons et les neutrons, c’est-à-dire les nucléons, ont la même masse, on peut simplifier cette formule :

Important

$$\begin{array}{rl}{m}_{atome}& =m_{noyau}\\ & =m_{nucléon}\times A\end{array}$$

Avec :

• $m_{atome}$ la masse de l’atome et $m_{nucléon}=1,67\times {10}^{-27}kg$ la masse d’un nucléon
• $A$ : le nombre de nucléons

Exemple : La masse d’un atome de Lithium ${}_3^{7}Li$ est de $m_{atome}=7\times 1,67\times {10}^{-27}kg=1,17\times {10}^{-25}kg$.

Exercice : Quelle est la masse d’un atome de sodium ${}_{11}^{23}Na$ ?

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La masse d’un atome de sodium ${}_{11}^{23}Na$ est de $m_{atome}=23\times 1,67\times {10}^{-27}kg=3,89\times {10}^{-25}kg$.