Constitution du noyau [Structure et propriétés de l'atome]

Constitution du noyau

Le noyau est constitué de nucléons du latin nucleus qui signifie noyau. Ce sont :

les protons de symbole p chargés positivement de charge +e où e = 1,602.10^-19 C est appelée charge élémentaire ;
les neutrons de symbole n et de charge nulle.

Le noyau de l'atome d'hydrogène fait exception car il est constitué d'un seul proton.

Complément :

L'existence du proton a été postulée par le physicien néo-zélandais E. Rutherford en 1919 suite à une expérience qui prouvait que le noyau de l'atome d'azote contenait des particules similaires aux noyaux d'hydrogène. Il a baptisé la particule correspondante du nom de proton, d'après le mot grec protone qui signifie premier. En 1920, E. Rutherford a émis l'hypothèse de l'existence d'une sorte de particule de masse identique à celle de l'hydrogène et de charge nulle. Mais c'est seulement en 1932 que le neutron sera mis en évidence par l'anglais J. Chadwick, un des plus brillants disciples d'E. Rutherford.

Les nucléons sont "assemblés" par une force considérable (appelée interaction forte résiduelle) qui s'oppose à la répulsion électrostatique des protons entre eux. Depuis 1970, on sait que les protons et les neutrons sont eux-mêmes divisibles et sont constitués chacun de trois quarks dont la charge est +2e/3 ou -e/3.

Les masses du proton et du neutron, notées respectivement m_p et m_n , sont très voisines comme le montre le Tableau 1.

**Tableau 1 : Caractéristiques du proton, du neutron et de l'électron.**
particule	symbole	auteur(s) des 1^ères mesures	charge / C	masse / kg
proton	p	E.Rutherford (1919)	+1,602.10^-19	1,6726.10^-27
neutron	n	J.Chadwick (1932)	0	1,6749.10^-27
électron	e^-	J.Perrin^[1] (1895) J.J.Thomson^[2] (1897) R.Millikan^[3] (1909)	-1,602.10^-19	9,109.10^-31

Le nombre de protons dans le noyau correspond au numéro atomique de l'élément auquel appartient le noyau.

La taille d'un noyau varie de 10^-15 m (1 femto mètre) à 10^-14 m.

La charge d'un noyau est positive puisque celle d'un proton est positive et celle d'un neutron est nulle.

Les protons et les neutrons sont impliqués dans les réactions nucléaires (désintégration radioactive, fission, fusion) qui transforment des éléments en d'autres éléments par l'intermédiaire de modifications des noyaux et conditionnent des propriétés physiques de l'atome.

Notes

J.Perrin
L'expérience des rayons cathodiques de Perrin consistait à appliquer une forte différence de potentiel entre une cathode et une anode métalliques placées à l'intérieur d'une ampoule en verre remplie d'un gaz dont la pression est inférieure à 0,01 bar. Le verre devient fluorescent à l'extrémité de l'ampoule située du côté de l'anode. Cette fluorescence est due à l'impact sur le verre de rayons qui ont été appelés rayons cathodiques ; il s'agit en fait d'un flux d'électrons générés par la cathode et qui sont attirés par l'anode.
JJ-Thomson
L'expérience de Thomson consistait à générer un rayonnement cathodique puis à lui faire subir simultané- ment l'action d'un champ électrique et d'un champ magnétique ; les intensités des deux champs étaient ajustées de manière à ce que le rayonnement ne soit pas dévié. La mesure des intensités correspondant à l'absence de déviation permet de calculer le rapport masse/charge de la particule associée à ce rayonnement c'est-à-dire l'électron. Thomson montra que ce rapport reste le même quelle que soit la nature du métal de la cathode ou du gaz dans l'ampoule.
C.Milikan
L'expérience de la gouttelette d'huile de Millikan consistait à mesurer la vitesse d'une gouttelette d'huile chargée électriquement au cours de sa chute, d'abord en présence d'un champ électrique puis en l'absence d'un tel champ. Millikan en déduisit que la charge portée par la gouttelette était toujours égale, soit à l'unité élémentaire de charge e, soit à un multiple de e.