Fiche de révision : Éléments et réactions nucléaires

📋 Plan du Cours

1. Éléments chimiques et origine stellaire
2. Abondances dans les milieux
3. Radioactivité et demi-vie
4. Datation des restes au carbone 14
5. Fusion et fission nucléaires

📖 1. Éléments chimiques et origine stellaire

★ À maîtriser

• Les 118 éléments chimiques connus sont classés dans le tableau périodique des éléments.

• L’hydrogène initial s’est formé juste après le Big Bang, avec des proportions moindres de noyaux d’hélium, de deutérium et de lithium.

• Les noyaux des éléments stables ont été et sont produits par des réactions nucléaires au sein des étoiles.

Compléments

• Le noyau d’hydrogène 1 est constitué uniquement d’un proton, ce qui fait de l’hydrogène l’élément le plus léger.

• Parmi les 118 éléments connus, 80 possèdent au moins un isotope stable.

📖 2. Abondances dans les milieux

★ À maîtriser

• Dans l’univers, l’abondance de l’hydrogène est de 92 %, celle de l’hélium de 7 % et celle des autres éléments de 1 %.

• Sur Terre, l’abondance de l’oxygène est de 49 %, du magnésium de 16 %, du fer de 14 %, du silicium de 14 % et des autres éléments de 7 %.

• Les abondances des éléments dans les êtres vivants sont :

  • 61 % pour l’hydrogène
  • 24 % pour l’oxygène
  • 13 % pour le carbone
  • 1 % pour l’azote
  • 1 % pour les autres éléments

Compléments

• La matière de l’univers est constituée principalement d’hydrogène et d’hélium.

• La Terre est constituée principalement d’oxygène, de magnésium, de fer et de silicium.

• Les principaux éléments constitutifs des êtres vivants sont :

  • le carbone
  • l’oxygène
  • l’hydrogène
  • l’azote

💡 Astuce mémo

Univers dominé par l’hydrogène et l’hélium, Terre par O-M-F-S, êtres vivants par H-O-C-N.

📖 3. Radioactivité et demi-vie

🔑 Notions clés & Définitions

• Radioactivité : Le phénomène par lequel des noyaux instables se désintègrent spontanément.
• Demi-vie : La durée au bout de laquelle la moitié des noyaux radioactifs d’un échantillon s’est désintégrée.
• Décroissance radioactive : La loi de probabilité suivie par le nombre de noyaux radioactifs d’un échantillon lorsque leur quantité est grande.

★ À maîtriser

• Après $n$ demi-vies, le nombre de noyaux radioactifs a été divisé par $2^n$.

Compléments

• L’instant de désintégration d’un noyau radioactif est aléatoire.

• La demi-vie est caractéristique du noyau radioactif étudié et dépend de ce noyau.

• Les demi-vies indiquées sont :

  • 8,02 jours pour l’iode 131
  • 5,27 ans pour le cobalt 60
  • 30,1 ans pour le césium 137
  • 5730 ans pour le carbone 14
  • 4,5 × 10⁹ ans pour l’uranium 238

💡 Astuce mémo

Après chaque demi-vie, la quantité restante passe de N₀ à N₀/2, puis N₀/4 et N₀/8.

📖 4. Datation des restes au carbone 14

★ À maîtriser

• La proportion ¹⁴C/¹²C est constante dans la matière vivante.

• Après la mort d’un animal ou d’un végétal, le carbone n’est plus renouvelé et les atomes de carbone 14 se désintègrent, ce qui fait diminuer sa proportion.

• La loi de décroissance radioactive du carbone 14 permet de dater des restes animaux ou végétaux.

Compléments

• Le carbone 14 est un isotope radioactif du carbone produit en permanence dans la haute atmosphère.

• Le carbone 14 est capté par les végétaux lors de la photosynthèse et par les animaux par l’alimentation.

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

💡 Astuce mémo

Mort → arrêt du renouvellement du carbone → diminution du ¹⁴C → datation.

📖 5. Fusion et fission nucléaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Fusion nucléaire : La transformation de deux noyaux légers en un noyau plus lourd.
• Fission nucléaire : La transformation d’un noyau lourd en deux noyaux légers sous l’impact d’un neutron.

📝 Points essentiels

• Le deutérium ²₁H et le tritium ³₁H sont deux isotopes de l’hydrogène.

• Lors de la fusion du deutérium et du tritium, ²₁H + ³₁H → ⁴₂He + ¹₀n.

• Lors de la fission de l’uranium 235, ²³⁵₉₂U + ¹₀n → ¹⁴⁰₅₅Cs + ⁹³₃₇Rb + 3 ¹₀n.

💡 Astuce mémo

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