Transformation nucléaire

Pour chaque proposition, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s).

1. Les isotopes d'un élément chimique ont :

   • (a) un nombre de protons différent ;
   • (b) un nombre de protons identique ;
   • (c) un nombre de masse identique.

2. Lors d'une transformation nucléaire, un noyau se transforme spontanément :

   • (a) en un atome ionisé ;
   • (b) en un autre noyau ;
   • (c) en une molécule.

3. Lors d'une transformation nucléaire, il y a conservation :

   • (a) de la masse ;
   • (b) du nombre de charge Z et du nombre de masse A ;
   • (c) des éléments chimiques.

4. Les réactions de fission et de fusion sont respectivement :

   • (a) exothermique et endothermique ;
   • (b) endothermique et exothermique ;
   • (c) exothermiques toutes les deux.

Le magnésium possède plusieurs isotopes. Pour chacun des deux noyaux suivants, donner la composition complète (nombre de protons, nombre de neutrons, nombre de nucléons).

1. Magnésium 24 : ${}^{24}_{12}\mathrm{Mg}$.
2. Magnésium 25 : ${}^{25}_{12}\mathrm{Mg}$.

Que peut-on dire de ces deux noyaux ?

Pour chaque proposition, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s).

1. Lors d'une réaction nucléaire :

   • (a) de l'énergie chimique des atomes est libérée ;
   • (b) de l'énergie contenue dans les noyaux est convertie ;
   • (c) il n'y a aucune énergie libérée.

2. L'origine de l'énergie solaire provient essentiellement de :

   • (a) réactions chimiques de combustion ;
   • (b) réactions de fusion ;
   • (c) réactions de fission.

3. Les noyaux produits lors de la fission nucléaire :

   • (a) sont stables et inoffensifs ;
   • (b) sont hautement dangereux (radioactifs) ;
   • (c) disparaissent immédiatement.

Pour chacune des transformations suivantes, indiquer s'il s'agit d'une transformation physique, chimique ou nucléaire, et justifier en une phrase.

1. Le bois brûle dans une cheminée et libère du dioxyde de carbone.
2. Un glaçon fond dans un verre d'eau.
3. Un noyau d'uranium absorbe un neutron, puis se sépare en deux noyaux plus légers.
4. De la vapeur d'eau se dépose en givre sur un pare-brise.
5. Un comprimé d'aspirine se dissout en libérant des bulles dans l'eau.

Lors d'une transformation nucléaire, deux grandeurs sont conservées : le nombre de charge Z et le nombre de masse A. Identifier le noyau X (préciser Z, A et son nom) dans chacune des équations suivantes.

Notation : $\alpha = {}^{4}_{2}\mathrm{He}$ (particule alpha), $\beta^{-} = {}^{0}_{-1}\mathrm{e}$ (électron), ${}^{1}_{0}\mathrm{n}$ (neutron).

1. ${}^{213}_{84}\mathrm{Po} \longrightarrow {}^{A}_{Z}\mathrm{X} + {}^{4}_{2}\mathrm{He}$
2. ${}^{209}_{82}\mathrm{Pb} \longrightarrow {}^{A}_{Z}\mathrm{X} + {}^{0}_{-1}\mathrm{e}$
3. ${}^{1}_{0}\mathrm{n} + {}^{239}_{94}\mathrm{Pu} \longrightarrow {}^{94}_{38}\mathrm{Sr} + {}^{A}_{Z}\mathrm{X} + 3\,{}^{1}_{0}\mathrm{n}$

Aide : tableau des Z principaux : Pb = 82, Bi = 83, Po = 84, Sr = 38, Ba = 56, Pu = 94.

Au cœur des étoiles massives, après l'épuisement de l'hydrogène, c'est l'hélium qui sert de combustible. Plusieurs étapes de fusion produisent des noyaux de plus en plus lourds.

1. Étape 1 : deux noyaux d'hélium 4 fusionnent pour donner un noyau X.
   $${}^{4}_{2}\mathrm{He} + {}^{4}_{2}\mathrm{He} \longrightarrow {}^{A}_{Z}\mathrm{X}$$
   Identifier X (Z, A et nom).
2. Étape 2 : X fusionne avec un troisième noyau d'hélium pour donner un autre noyau Y.
   $${}^{A}_{Z}\mathrm{X} + {}^{4}_{2}\mathrm{He} \longrightarrow {}^{A'}_{Z'}\mathrm{Y}$$
   Identifier Y (Z', A' et nom).
3. Étape 3 : Y fusionne à son tour avec un quatrième hélium. Identifier le noyau produit.
4. Quel type de transformation cette série illustre-t-elle ? Pourquoi est-elle qualifiée d'exothermique ?

Aide : Z principaux : Be = 4, B = 5, C = 6, N = 7, O = 8, Ne = 10.

Pour chacune des équations de réaction ci-dessous, identifier et justifier la nature de la transformation : physique, chimique ou nucléaire. Si c'est nucléaire, préciser s'il s'agit d'une fission ou d'une fusion.

1. $$\mathrm{C_3 H_8(g)} + 5\,\mathrm{O_2(g)} \longrightarrow 3\,\mathrm{CO_2(g)} + 4\,\mathrm{H_2 O(g)}$$
2. $$\mathrm{H_2 O(l)} \longrightarrow \mathrm{H_2 O(g)}$$
3. $${}^{1}_{0}\mathrm{n} + {}^{235}_{92}\mathrm{U} \longrightarrow {}^{94}_{38}\mathrm{Sr} + {}^{139}_{54}\mathrm{Xe} + 3\,{}^{1}_{0}\mathrm{n}$$
4. $$\mathrm{IO_4^-(aq)} + 2\,\mathrm{I^-(aq)} + \mathrm{H_2 O(l)} \longrightarrow \mathrm{I_2(s)} + \mathrm{IO_3^-(aq)} + 2\,\mathrm{HO^-(aq)}$$
5. $${}^{2}_{1}\mathrm{H} + {}^{3}_{1}\mathrm{H} \longrightarrow {}^{4}_{2}\mathrm{He} + {}^{1}_{0}\mathrm{n}$$