The nuclear atom · L'atome nucléaire
| English | Français |
|---|---|
| nucleus/ˈnjuːklɪəs/ | noyau |
| protons/ˈprəʊtɒnz/ | protons |
| neutrons/ˈnjuːtrɒnz/ | neutrons |
| nuclide/ˈnjuːklaɪd/ | nucléide |
| proton number/ˈprəʊtɒn ˈnʌmbə/ | numéro protonique |
| nucleon number/ˈnjuːklɪən ˈnʌmbə/ | nombre nucléonique |
| nucleons/ˈnjuːklɪənz/ | nucléons |
| isotopes/ˈaɪsətəʊps/ | isotopes |
| atomic mass unit/əˈtɒmɪk mæs ˈjuːnɪt/ | unité de masse atomique |
Firing at gold foil
- Rutherford's team fired α-particles at a thin gold foil.
- Most went straight through — but a rare few bounced almost straight back.
- "As if you fired a shell at tissue paper and it came back at you."
Tir sur feuille d'or
- L'équipe de Rutherford a tiré des particules α sur une fine feuille d'or.
- La plupart sont passées tout droit — mais quelques-unes rares ont rebondi presque directement vers l'arrière.
- « Comme si vous aviez tiré une balle de canon contre du papier hygiénique et qu'elle revenait vers vous. »
Nuclear atom evidence lab · Laboratoire sur les preuves de l'atome nucléaire
Connect observations to the nuclear model of the atom. · Reliez les observations au modèle nucléaire de l'atome.
What the scattering showed
- Most pass through → the atom is mostly empty space.
- A rare big deflection → a tiny, dense, positive nucleus 原子核 holds the charge and mass.
Most alpha-particles pass nearly straight through; a few are deflected sharply by the tiny nucleus
Ce que la diffusion a révélé
- La plupart passent → l'atome est principalement vide.
- Une forte déviation rare → un noyau minuscule, dense et positif 原子核 concentre la charge et la masse.
La plupart des particules alpha passent presque tout droit ; quelques-unes sont fortement déviées par le noyau minuscule
Most α-particles passing straight through the gold foil showed that the atom is: · La plupart des particules α passant tout droit à travers la feuille d'or montrent que l'atome est :
If most go straight through, there is little in the way — the atom is mostly empty, with the mass and charge concentrated in a tiny nucleus. · Si la plupart passent tout droit, il y a peu d'obstacles — l'atome est principalement vide, avec la masse et la charge concentrées dans un minuscule noyau.
The nuclear model
- Nucleus: protons 质子 (charge $+e$) and neutrons 中子 (no charge). Electrons ($-e$) surround it.
- The atom is $\sim 10^{-10}\ \text{m}$; the nucleus only $\sim 10^{-15}\ \text{m}$ — but holds nearly all the mass.
- A neutral atom has as many electrons as protons.
Simple models of a helium atom and a lithium atom (not to scale)
Le modèle nucléaire
- Noyau : protons 质子 (charge $+e$) et neutrons 中子 (pas de charge). Les électrons ($-e$) l'entourent.
- L'atome est $\sim 10^{-10}\ \text{m}$ ; le noyau n'occupe que $\sim 10^{-15}\ \text{m}$ — mais concentre presque toute la masse.
- Un atome neutre possède autant d'électrons que de protons.
Modèles simples d'un atome d'hélium et d'un atome de lithium (non à l'échelle)
Almost all of an atom's mass is in its nucleus. · Presque toute la masse d'un atome se trouve dans son noyau.
Protons and neutrons are ~1 u each; electrons are ~1/1836 u, so the nucleus holds nearly all the mass. · Les protons et neutrons pèsent ~1 u chacun ; les électrons ~1/1836 u, donc le noyau contient presque toute la masse.
Notation
- A nuclide 核素 is written $^{A}_{Z}\text{X}$: $Z$ = proton number 质子数 (fixes the element), $A$ = nucleon number 核子数.
- Number of neutrons $N = A - Z$. Protons and neutrons together are nucleons 核子.
Notation
- Un nuclide 核素 s'écrit $^{A}_{Z}\text{X}$ : $Z$ = numéro atomique 质子数 (définit l'élément), $A$ = nombre de masse 核子数.
- Nombre de neutrons $N = A - Z$. Protons et neutrons ensemble forment les nucléons 核子.
Protons and neutrons together are called ____. · Les protons et neutrons ensemble sont appelés ____.
The nucleon number $A$ counts the protons plus neutrons in the nucleus. · Le nombre de nucléons $A$ compte les protons plus les neutrons dans le noyau.
How many neutrons are in $^{14}_{6}\text{C}$? · Combien y a-t-il de neutrons dans $^{14}_{6}\text{C}$ ?
$N = A - Z = 14 - 6 = 8$ neutrons.
Isotopes 同位素
- Isotopes have the same proton number $Z$ but different numbers of neutrons.
- Example: $^{12}_{6}\text{C}$ and $^{14}_{6}\text{C}$ — same element, different mass.
Nuclide notation: nucleon number on top, proton number below
Isotopes 同位素
- Les isotopes ont le même numéro atomique $Z$ mais des nombres différents de neutrons.
- Exemple : $^{12}_{6}\text{C}$ et $^{14}_{6}\text{C}$ — même élément, masse différente.
Notation nucléaire : nombre de masse en haut, numéro atomique en bas
Isotopes of an element have: · Les isotopes d'un élément ont :
Same $Z$ (so same element and chemistry) but different $N$, giving a different mass number $A$. · Même $Z$ (donc même élément et chimie) mais différents $N$, donnant un nombre de masse不同 $A$.
What's conserved
- In any nuclear process, nucleon number $A$ and charge are conserved.
- These two rules let you balance every decay equation: the top numbers must add up on both sides, and so must the bottom numbers.
Ce qui est conservé
- Dans tout processus nucléaire, le nombre de masse $A$ et la charge sont conservés.
- Ces deux règles permettent d'équilibrer chaque équation de désintégration : les nombres du dessus doivent s'additionner de part et d'autre, ainsi que ceux du dessous.
In a nuclear process, which quantities are always conserved? · Dans un processus nucléaire, quelles quantités sont toujours conservées ?
Nucleon number and charge are conserved. Proton and neutron numbers can each change (e.g. in β-decay a neutron becomes a proton). · Le nombre de nucléons et la charge sont conservés. Les nombres de protons et de neutrons peuvent changer individuellement (ex. : lors de la désintégration β, un neutron devient un proton).
Match each emitted particle to how it is written in a decay equation. · Associez chaque particule émise à sa notation dans une équation de désintégration.
The top number is the nucleon number and the bottom the charge; both must balance across the equation. · Le nombre supérieur est le nombre de nucléons et le nombre inférieur est la charge ; les deux doivent être équilibrés de part et d'autre de l'équation.
Worked example: tritium
Tritium, $^{3}_{1}\text{H}$, is a radioactive isotope of hydrogen that emits a β$^{-}$ particle.
- Particles in a neutral atom: $Z = 1$ proton; $N = 3 - 1 = 2$ neutrons; $1$ electron (equal to the protons).
- Decay equation: $^{3}_{1}\text{H} \to {}^{3}_{2}\text{He} + {}^{0}_{-1}\beta + \bar{\nu}$. Check: top $3 = 3 + 0$; bottom $1 = 2 + (-1)$. The extra particle is an antineutrino.
- Quarks in the nucleus: a proton is uud and a neutron is udd, so one proton and two neutrons contain $2 + 1 + 1 = 4$ up quarks and $1 + 2 + 2 = 5$ down quarks.
- Check the charge: $4\left(+\tfrac{2}{3}\right) + 5\left(-\tfrac{1}{3}\right) = \tfrac{8}{3} - \tfrac{5}{3} = +1$, the charge of the single proton.
Exemple résolu : tritium
Le Tritium, $^{3}_{1}\text{H}$, est un isotope radioactif de l'hydrogène qui émet une particule β$^{-}$.
- Particules dans un atome neutre : $Z = 1$ proton ; $N = 3 - 1 = 2$ neutrons ; $1$ électron (égal au nombre de protons).
- Équation de désintégration : $^{3}_{1}\text{H} \to {}^{3}_{2}\text{He} + {}^{0}_{-1}\beta + \bar{\nu}$. Vérification : somme des numéros de masse $3 = 3 + 0$ ; somme des numéros atomiques $1 = 2 + (-1)$. La particule supplémentaire est un antineutrino.
- Quarks dans le noyau : un proton est uud et un neutron udd, donc un proton et deux neutrons contiennent $2 + 1 + 1 = 4$ quarks up et $1 + 2 + 2 = 5$ quarks down.
- Vérification de la charge : $4\left(+\tfrac{2}{3}\right) + 5\left(-\tfrac{1}{3}\right) = \tfrac{8}{3} - \tfrac{5}{3} = +1$, la charge du seul proton.
Worked example: a chain of decays
A nucleus of radium-228, $^{228}_{88}\text{Ra}$, decays through a series of steps in which five α-particles and four β$^{-}$ particles are emitted. Identify the final nucleus.
- Nucleon number: each α removes $4$, each β$^{-}$ removes none: $A = 228 - 5 \times 4 = 208$.
- Proton number: each α removes $2$, each β$^{-}$ adds $1$: $Z = 88 - 10 + 4 = 82$.
- Answer: $^{208}_{82}\text{Pb}$ — lead.
- Check: the order of the decays does not matter; only the totals do. Charge and nucleon number are conserved at every single step, so they are conserved overall.
Exemple résolu : chaîne de désintégrations
Un noyau de radium-228, $^{228}_{88}\text{Ra}$, se désintègre par une série d'étapes au cours desquelles cinq particules α et quatre particules β$^{-}$ sont émises. Identifier le noyau final.
- Nombre de masse : chaque α retire $4$, chaque β$^{-}$ n'en retire pas : $A = 228 - 5 \times 4 = 208$.
- Numéro atomique : chaque α retire $2$, chaque β$^{-}$ ajoute $1$ : $Z = 88 - 10 + 4 = 82$.
- Réponse : $^{208}_{82}\text{Pb}$ — plomb.
- Vérification : l'ordre des désintégrations n'a pas d'importance ; seuls les totaux comptent. La charge et le nombre de masse sont conservés à chaque étape individuelle, donc ils sont conservés globalement.
A nucleus with proton number $92$ emits three α-particles and two β⁻ particles. What is the proton number of the final nucleus? · Un noyau avec un numéro de proton $92$ émet trois particules α et deux particules β⁻. Quel est le numéro de proton du noyau final ?
Each α lowers $Z$ by $2$ and each β⁻ raises it by $1$: $92 - 6 + 2 = 88$. · Chaque α réduit $Z$ de $2$ et chaque β⁻ l'augmente de $1$ : $92 - 6 + 2 = 88$.
A neutral atom has $Z$ electrons — the proton number, never $A$. Isotopes differ only in neutrons, so their chemistry is identical. In a decay equation balance both rows: a β$^{-}$ is written $^{0}_{-1}\beta$, so it leaves $A$ unchanged and raises $Z$ by one. And "the nucleus is tiny" means about $10^{-15}\ \text{m}$ — a hundred thousand times smaller than the atom, not ten.
Un atome neutre possède $Z$ électrons — le numéro proton, jamais $A$. Les isotopes diffèrent uniquement par les neutrons, donc leur chimie est identique. Dans une équation de désintégration, équilibrez les deux lignes : une β$^{-}$ s'écrit $^{0}_{-1}\beta$, elle laisse donc $A$ inchangé et augmente $Z$ de un. Et dire que « le noyau est minuscule » signifie environ $10^{-15}\ \text{m}$ — cent mille fois plus petit que l'atome, et non dix.
Atomic mass unit 原子质量单位
- The unit $\text{u}$ is set so that $^{12}_{6}\text{C}$ has mass exactly $12\ \text{u}$.
- $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$; a proton and a neutron are each about $1\ \text{u}$, an α-particle about $4\ \text{u}$ with charge $+2e$.
Unité de masse atomique 原子质量单位
- L'unité $\text{u}$ est définie de sorte que $^{12}_{6}\text{C}$ ait une masse exactement $12\ \text{u}$.
- $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$ ; un proton et un neutron pèsent chacun environ $1\ \text{u}$, une particule α environ $4\ \text{u}$ avec une charge $+2e$.
The unified atomic mass unit is defined so that carbon-12 has a mass of exactly 12 u. · L'unité de masse atomique unifiée est définie pour que le carbone-12 ait une masse exacte de 12 u.
Yes — that definition fixes $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$. · Oui — cette définition fixe $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$.
You've got it
- α-scattering → atom is mostly empty with a tiny dense nucleus
- $^{A}_{Z}\text{X}$: $Z$ protons, $A$ nucleons, $N = A - Z$ neutrons, $Z$ electrons when neutral; isotopes share $Z$
- nuclear processes conserve nucleon number and charge — balance both rows of every equation
Vous avez compris
- Diffusion α → atome principalement vide avec un noyau minuscule et dense
- $^{A}_{Z}\text{X}$ : $Z$ protons, $A$ nucléons, $N = A - Z$ neutrons, $Z$ électrons si neutre ; les isotopes partagent $Z$
- Les processus nucléaires conservent le nombre de masse et la charge — équilibrez les deux lignes de chaque équation