Fiche de révision : Radioactivité et datation au carbone 14

📋 Plan du Cours

1. Notation atomique et radioactivité
2. Désintégration et demi-vie
3. Découverte de la radioactivité
4. Isotopes et datation au carbone 14
5. Applications médicales et calculs

📖 1. Notation atomique et radioactivité

🔑 Notions clés & Définitions

• Radioactivité : Phénomène physique par lequel des noyaux atomiques instables se transforment spontanément en d’autres atomes en émettant simultanément des particules de matière et des rayonnements.

📝 Points essentiels

• Dans le symbole d’un élément, la première lettre est majuscule et la deuxième, lorsqu’elle existe, est minuscule ; dans la représentation du noyau, A désigne le nombre de nucléons et Z le nombre de protons.

• Lors de la désintégration du radium 226 en radon 222, une particule α est libérée ; cette particule est un noyau d’hélium composé de 2 protons et de 2 neutrons, sans électrons.

📖 2. Désintégration et demi-vie

🔑 Notions clés & Définitions

• Temps de demi-vie : Durée au bout de laquelle la moitié des noyaux radioactifs d’un échantillon s’est désintégrée ; il est caractéristique de l’élément radioactif étudié.
• Décroissance radioactive : Diminution du nombre de noyaux radioactifs au cours du temps, représentée par une courbe qui permet de déterminer la proportion de noyaux restants ou la durée de radioactivité d’un échantillon.

📝 Points essentiels

• La décroissance radioactive est à l’origine de la datation radiométrique.

💡 Astuce mémo

La décroissance des noyaux permet la datation radiométrique.

📖 3. Découverte de la radioactivité

📝 Points essentiels

• En 1896, Henri Becquerel découvre la radioactivité en impressionnant des plaques photographiques à l’aide de sels d’uranium et appelle les rayonnements observés des « rayons uraniques ».

• Deux ans après la découverte de Becquerel, Marie Curie montre que d’autres éléments, comme le radium, émettent des rayonnements et nomme radioactivité cette émission spontanée de radiation par une substance inerte, sans rapport avec une énergie extérieure.

💡 Astuce mémo

Becquerel découvre en 1896, puis Marie Curie élargit l’observation deux ans après.

📖 4. Isotopes et datation au carbone 14

★ À maîtriser

📌 Deux isotopes d’un même élément chimique se différencient par leur nombre de neutrons : le carbone 12 possède 6 protons et 6 neutrons, tandis que le carbone 14 possède 6 protons et 8 neutrons ; le premier n’est pas radioactif, contrairement au second.

• Les êtres vivants incorporent le carbone 14 atmosphérique ou dissous dans l’eau par la photosynthèse ou l’alimentation, et en rejettent par respiration ; les apports et les pertes s’équilibrent, maintenant leur quantité de carbone 14 organique constante et identique à celle de l’atmosphère durant leur vie.

• Après la mort d’un organisme, sa quantité de carbone 14 décroît progressivement parce que le carbone 14 se transforme en azote 14 par désintégration β.

• La demi-vie du carbone 14 est de 5730 ans, et la datation au carbone 14 ne permet pas de dater avec précision des objets au-delà de 35 000 ans.

Compléments

• Dans la haute atmosphère, la quantité de carbone 14 reste constante parce qu’autant de carbone 14 est synthétisé à partir de l’azote 14 qu’il s’en désintègre en azote 14.

💡 Astuce mémo

La mort stoppe les échanges de carbone 14 ; sa décroissance permet de dater l’organisme.

📖 5. Applications médicales et calculs

🔑 Notions clés & Définitions

• Positon : Particule de même masse que l’électron, mais de charge positive, et qui constitue l’antiparticule de l’électron.

★ À maîtriser

• En médecine, la radioactivité est utilisée en imagerie médicale pour établir des diagnostics et à des fins thérapeutiques pour soigner des tumeurs cancéreuses.

📐 Formule - Le nombre de noyaux radioactifs restant après n demi-vies est $N_n = \frac{N_0}{2^n}$, où $N_0$ est le nombre initial de noyaux.

Compléments

• La TEP (tomographie par émission de positons) utilise de faibles quantités de substances radioactives et est déconseillée aux femmes enceintes en raison de rayonnements considérés comme trop intenses.

• Dans l’exercice sur le rubidium 82, l’échantillon contient initialement $10^{10}$ noyaux et la demi-vie du rubidium 82 est de 1,3 minute.