Transformations nucléaires : exercices corrigés de 2de

Situation 1 : l'eau passe de l'état solide à l'état liquide, mais reste de l'eau. Aucune nouvelle espèce n'apparaît : c'est une transformation physique.⁵

Situation 2 : le méthane et le dioxygène disparaissent, du dioxyde de carbone et de l'eau apparaissent. Des réactifs sont consommés et des produits formés, sans modification des noyaux : transformation chimique.⁵

Situation 3 : le noyau instable émet un rayonnement et peut se transformer en un autre noyau. C'est de la radioactivité, donc une transformation nucléaire.⁴

Situation 4 : le sucre se disperse entre les molécules d'eau, sans que de nouveaux corps se forment. C'est une transformation physique.

Affirmation a : fausse. Dans une transformation chimique, la structure nucléaire des atomes n'est pas modifiée ; ce sont les molécules qui changent.⁵

Affirmation b : vraie. C'est la caractéristique d'une transformation nucléaire : les noyaux sont modifiés.⁵

Affirmation c : fausse. La radioactivité est spontanée : le noyau instable se transforme de lui-même, sans qu'on l'y pousse.⁴

Affirmation d : vraie. Les réactifs sont consommés et les produits sont formés, ce qui change les quantités de matière.⁵

Un noyau père est un noyau instable. C'est son instabilité qui le pousse à évoluer, en perdant de l'énergie sous forme de rayonnement.⁴

Le noyau père n'est pas forcément changé en un noyau différent : la transformation en un autre noyau est une possibilité (« éventuellement »), pas une certitude à chaque émission.⁴

Dans la nature, la radioactivité fait qu'un noyau peut devenir un noyau d'un autre élément : un élément se transforme alors en un autre.⁴

Un générateur branché correctement peut inverser le sens d'une transformation d'oxydoréduction, qui n'irait pas dans ce sens spontanément.³

Les espèces des deux couples échangent des électrons et de nouvelles espèces se forment : des réactifs disparaissent, des produits apparaissent. Les noyaux ne sont pas touchés : c'est une transformation chimique.⁵³

L'élève confond « nouveaux corps » et « noyaux modifiés ». Des corps nouveaux se forment aussi en chimie, sans changer les noyaux.⁵

L'électrolyse convertit de l'énergie électrique en énergie chimique.³

Les neutrons émis frappent d'autres noyaux et provoquent de nouvelles fissions : on parle de réaction en chaîne.⁶

Dans un réacteur, la réaction en chaîne reste stable, lente et maîtrisée. Dans une bombe, elle s'emballe très vite et devient explosive.⁶

La fusion a lieu naturellement au cœur des étoiles, comme le Soleil.⁶

Pour qu'elle se produise, il faut une température énorme, de l'ordre de plusieurs dizaines de millions de degrés : la matière est alors un plasma.⁶

A : les noyaux sont modifiés, c'est une transformation nucléaire, et la fusion est une réaction nucléaire qui se déroule naturellement dans les étoiles.⁶

B : la bûche et le dioxygène sont consommés, d'autres corps (cendres, gaz) sont formés. Les noyaux ne changent pas : transformation chimique.⁵

C : le fer passe de l'état solide à l'état liquide, puis redevient solide ; il reste du fer. Aucun corps nouveau n'apparaît : transformation physique.⁵ Attention : cette « fusion » est un changement d'état, sans lien avec la fusion nucléaire de A.

Pour distinguer B de C, on compare la nature des corps avant et après : de nouveaux corps en B, les mêmes corps en C.

Le fait qu'il y ait chaleur et lumière dans les trois cas ne permet pas de trancher : seul l'examen de ce qui change dans la matière décide.

Question 1 : on conserve le nombre de nucléons, donc $238 = 234 + A$, soit $A = 4$. Pour le numéro atomique, $92 = 90 + 2$ est bien vérifié. Le noyau d'hélium est ${}^{4}_{2}\mathrm{He}$.²

Question 2 : on conserve le nombre de nucléons, $30 = 30 + 0$, et le numéro atomique, $15 = 14 + Z$, d'où $Z = 1$. Le positon s'écrit donc ${}^{0}_{1}\mathrm{e}$ : son nombre de charge vaut $+1$.²

Question 3 : le carbone 12 et le carbone 14 ont le même $Z = 6$ mais des $A$ différents (12 et 14) : ce sont des isotopes. Le nombre de neutrons vaut $A - Z$, soit $12 - 6 = 6$ neutrons pour le carbone 12 et $14 - 6 = 8$ neutrons pour le carbone 14.

Le phosphore 30 et le silicium 30 ont le même $A$ mais des $Z$ différents (15 et 14) : ce ne sont pas des isotopes, ce sont deux éléments distincts.