Fiche de révision : Éléments chimiques et radioactivité

📋 Plan du Cours

1. Abondance des éléments chimiques
2. Origine des éléments chimiques
3. Réactions nucléaires et conservation
4. Radioactivité et demi-vie
5. Décroissance et datation radioactive
6. Utilisation des substances radioactives

📖 1. Abondance des éléments chimiques

📝 Points essentiels

• L’Univers est principalement constitué d’hydrogène et d’hélium, et l’hydrogène représente près de 92 % de ses atomes.

• La Terre est surtout composée des éléments suivants :

  • oxygène
  • magnésium
  • fer
  • silicium

• Les êtres vivants sont surtout composés des éléments suivants :

  • hydrogène
  • oxygène
  • carbone
  • azote

📖 2. Origine des éléments chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléosynthèse primordiale : La nucléosynthèse primordiale correspond à des réactions nucléaires entre nucléons — neutrons et protons — pour former les premiers noyaux d’hydrogène, d’hélium et de lithium.
• Nucléosynthèse stellaire : Formation d’éléments plus lourds, du carbone au fer, à partir des noyaux d’hydrogène présents dans une étoile par des réactions de fusion nucléaire.

📝 Points essentiels

• Les noyaux des atomes présents dans l’Univers résultent de réactions nucléaires de fusion qui se produisent au sein des étoiles à partir de l’hydrogène initial.

💡 Astuce mémo

Fusion de l’hydrogène dans les étoiles → formation d’éléments plus lourds.

📖 3. Réactions nucléaires et conservation

🔑 Notions clés & Définitions

• Réaction nucléaire : Transformation d’un ou plusieurs noyaux atomiques qui conserve le nombre de nucléons et le nombre de protons et libère de grandes quantités d’énergie thermique.
• Fusion : Réaction nucléaire au cours de laquelle deux noyaux légers s’unissent pour former un noyau plus lourd.
• Fission : Réaction nucléaire au cours de laquelle un noyau lourd est scindé en deux noyaux plus légers sous l’impact d’un neutron.

📝 Points essentiels

• La réaction $^{2}_{1}\mathrm{H}+{}^{3}_{1}\mathrm{H}\rightarrow{}^{4}_{2}\mathrm{He}+{}^{1}_{0}\mathrm{n}$ est un exemple de fusion nucléaire.

• La réaction $^{235}_{92}\mathrm{U}+{}^{1}_{0}\mathrm{n}\rightarrow{}^{94}_{38}\mathrm{Sr}+{}^{140}_{54}\mathrm{Xe}+2{}^{1}_{0}\mathrm{n}$ est un exemple de fission nucléaire.

• Dans l’atome de béryllium $^{9}_{4}\mathrm{Be}$, il y a 4 protons, 9 nucléons et 5 neutrons.

💡 Astuce mémo

Fusion : deux noyaux s’unissent ; fission : un noyau lourd se scinde.

📖 4. Radioactivité et demi-vie

🔑 Notions clés & Définitions

• Radioactivité : Transformation spontanée d’un noyau instable en un autre noyau avec émission d’un rayonnement.
• Demi-vie : Durée au bout de laquelle la moitié des noyaux radioactifs initiaux se sont désintégrés.

★ À maîtriser

• La radioactivité est un phénomène aléatoire et inéluctable qui ne dépend que du type de noyau radioactif.

• La demi-vie est spécifique de chaque noyau radioactif.

Compléments

• La demi-vie du carbone 14 est de 5730 ans.

• La demi-vie du radium 226 est de 1600 ans.

• La demi-vie de l’uranium 235 est de 710 millions d’années.

📖 5. Décroissance et datation radioactive

★ À maîtriser

📐 Formule - Après $n$ demi-vies, le nombre de noyaux radioactifs restants est $N_0/2^n$, où $N_0$ est la population initiale.

• La désintégration radioactive suit une loi représentée par une courbe exponentielle décroissante.

• La datation au carbone 14 permet d’estimer le temps écoulé depuis la mort d’un organisme à partir de la courbe de décroissance radioactive du carbone 14.

Compléments

• La limite de la datation au carbone 14 est d’environ 50 000 ans.

• Le phosphore 32 a une demi-vie de 14,2 jours et sa désintégration donne du soufre 32 stable.

• Les préparations marquées au phosphore 32 sont considérées comme inactives lorsqu’elles contiennent au plus 4,625 × 10⁸ noyaux par mL.

• Après un traitement à l’iode 131, le patient peut reprendre contact avec l’extérieur lorsqu’il ne reste que 10 % des noyaux radioactifs initiaux.

📖 6. Utilisation des substances radioactives

★ À maîtriser

• Les professionnels exposés à la radioactivité doivent porter une tenue adaptée qui les protège des rayonnements, comme un tablier de plomb en radiologie.

• Les professionnels exposés aux rayonnements ionisants portent un dosimètre qui mesure la quantité de radiations reçues en millisieverts.

• La dose limite d’exposition est de 20 mSv par an en moyenne sur 5 années consécutives.

• La dose maximale d’exposition pour une seule année ne doit pas dépasser 50 mSv.

Compléments

• Les déchets radioactifs doivent être isolés puis recyclés par des sociétés spécialisées.

• Lors d’un traitement à l’iode radioactif, le patient est isolé dans une chambre aux murs de plomb afin d’éviter d’irradier les autres personnes.