Arrangements des protons et neutrons au sein des noyaux

[curiosss]

Bonjour,

J'ai lu un jour un papier parlant des arrangements supposés de protons et neutrons au sein des éléments chimiques (du moins pour les plus légers) ainsi que leurs isotopes.

Je crois même qu'une sorte de loi en était ressortie. Quelqu'un en a entendu parler ? Je ne retrouve rien sur le sujet, peut-être que je m'y prends mal avec les mots clefs utilisés dans google.

Ceci pour comparer avec une autre lecture où des arrangement sont proposés pour expliquer les masses mesurées de ces noyaux (qui sont inférieures à la somme des masses des protons et neutrons, la masse manquante correspondant aux énergies de liaison p-p, p-n, et n-n suivant ces arrangements).

Merci.
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[Resartus]

Wikipedia est très (sans doute trop...) détaillé :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Structure_nucl%C3%A9aire

Sur l'actualité, pourquoi pas tout bêtement futura sciences?

http://www.futura-sciences.com/magaz...ion-vie-40386/

[Deedee81]

Salut,

Curiosss, si tu as accès à l'EncyclopeDia Universalis, je trouve leur article sur la structure des noyaux particulièrement complet et intéressant.

[invite07941352]

Bonjour,
Energie de liaison :
Une formulation semi-empirique utilisée : https://en.wikipedia.org/wiki/Semi-e...l_mass_formula
Un modèle de calculs ( parmi d'autres ) : http://www.sjsu.edu/faculty/watkins/interactionnp.htm

[A voir en vidéo sur Futura]

[curiosss]

Merci beaucoup. C'est exactement ce que je cherchais. (J'avais effectivement lu à propos d'une disposition "en oignon" mais d'autres fois c'est en feuillets et j'aimerais connaitre l'état de la science en la matière (c'est le cas de le dire).)

Il y a-t-il eu des études élément chimique par élément chimique avec à chaque fois la disposition supposée des protons et neutrons ? (ainsi que pour leurs isotopes ?)

[Deedee81]

Il y a-t-il eu des études élément chimique par élément chimique avec à chaque fois la disposition supposée des protons et neutrons ? (ainsi que pour leurs isotopes ?)

Oui. Il y a des bases de données énormes avec toutes les propriétés des noyaux. Il y a eut des études exhaustives en recherche nucléaire. Y compris des noyaux exotiques (noyaux extrêmement déformés).
Et les différents modèles (encore perfectibles mais ceux que l'on a sont maintenant franchement bons) sont systématiquement confrontés à ces données.

Je n'ai pas les liens sur ces bases de données mais on doit pouvoir les trouver en cherchant un peu.

[curiosss]

Merci Deedee.

[curiosss]

Encore une question : il y a-t-il une théorie reliant la structure des noyaux des éléments à la structure des couches orbitales (première couche 2 électrons max, 2ème et 3ème couche 8 électrons max, etc...) ?

[Deedee81]

Encore une question : il y a-t-il une théorie reliant la structure des noyaux des éléments à la structure des couches orbitales (première couche 2 électrons max, 2ème et 3ème couche 8 électrons max, etc...) ?

C'est indépendant (ou presque, voir ci-dessous).

Bien entendu, la structure en couche à la même origine (quantification, nombres quantiques,...) si ce n'est que c'est beaucoup plus compliqué pour le noyau (trois interactions au lieu d'une seule : faible, forte et électromagnétique. Et deux sortes de particules, neutrons et protons).

Ceci dit, dans la répartition des électrons, il y a une influence du noyau que l'on néglige généralement quand on résout l'équation de Schrödinger. Toutefois, pour les gros noyaux cette influence est loin d'être négligeable.
Cette influence est due au fait que selon les orbitales (principalement l'orbitale s) les électrons s'approchent fortement du centre où évidemment la présence d'un noyau change tout !
Je sais qu'on fait des calculs correctifs mais je ne sais plus comment. On trouve normalement ça dans les bouquins de MQ suffisamment complets (il y a un passage là dessus dans le Quantum Mechanics de Leonard L. Schiff).

C'est la même théorie que pour calculer les orbitales habituelles des atomes, c'est-à-dire l'équation de Schrödinger (*).
Si ce n'est que les calculs sont inextricables et l'on utilise diverses méthodes d'approximation. De même dans les modèles de noyau.

(*) L'équation classique. A l'exception des gros noyaux où la relativité devient incontournable à cause de l'énergie cinétique élevée des électrons (voir ici par exemple http://www.pourlascience.fr/ewb_page...ents-19593.php )
Mais on utilise alors la version relativiste (l'équation de Dirac qui a aussi l'avantage de prendre le spin en compte sans devoir l'introduire "à la main" dans les équations).

[curiosss]

Merci Deedee. Tu rejoins ce que j'avais lu il y a longtemps sur le sujet, mais je voulais confirmation. (j'aimerais bien remettre la main dessus, c'était très complet mais j'avais lu en diagonale)

La théorie sait-elle expliquer pourquoi le nombre d'électrons par couche suit-il la suite 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32 ? (je ne l'ai lu nulle part :-/)

[Pfhoryan]

La théorie sait-elle expliquer pourquoi le nombre d'électrons par couche suit-il la suite 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32 ? (je ne l'ai lu nulle part :-/)

Oui, cela vient du niveau d'énergie des orbitales.

[curiosss]

Oui il y a corrélation entre les orbitales et leur niveau d'énergie. Mais le niveau d'énergie lui-même est plutôt une conséquence de l'arrangement des orbitales non ?
Pourquoi les niveaux à 18 électrons ? 16 obéirait à une progression géométrique qui serait rassurante (sans être pour autant expliquée).
J'ai l'impression que la correcte prédiction du nombre d'électrons par couche validerait par la même occasion la théorie sous-jacente (si ces nombres n'ont pas été introduits subrepticement dans les calculs par voies détournées - par exemple par des valeurs mesurées qui elles-mêmes dépendent de ces nombres qu'on veut expliquer).
Vaste sujet, et passionnant !

[coussin]

Vaste sujet, et passionnant !

Bah pour les électrons, c'est trivial (sans vouloir diminuer votre enthousiasme).

1ère couche : 2*(nombre d'élément qui va de 0 à 0)=2
2ème couche : 2*(nombre d'élément qui va de 0 à 0)=2 + 2*(nombre d'élément qui va de -1 à 1)=6 = 8
3ème couche : 2*(nombre d'élément qui va de 0 à 0)=2 + 2*(nombre d'élément qui va de -1 à 1)=6 + 2*(nombre d'élément qui va de -2 à 2)=10 = 18

etc...

[curiosss]

Non, 3ème couche c'est 8 aussi...

Suivant votre algorithme la couche suivante aurait 18+12 = 30. Or c'est 32...

[coussin]

Nan c'est bon. C'est plus 14.
Ce n'est pas "mon algorithme". C'est le b. a. ba d'atomistique.

[curiosss]

Ok, j'avais pas vu le *2 alors j'avais juste ajouté 2 à ton 10. : (-3 à 3)*2

[coussin]

Et après, ça dépend de ce que vous appelez une couche... Je parle des couches pour un n donné. Vous semblez parler des couches se remplissant via la règle de Klechkowski.

[curiosss]

En fait je pense au tableau périodique... première ligne 2 éléments, puis 8, 8, 18, 18, 32, 32

[coussin]

En fait je pense au tableau périodique... première ligne 2 éléments, puis 8, 8, 18, 18, 32, 32

Oui, c'est la règle de Klechkowski.

[curiosss]

Une règle empirique. Ce qui serait bien serait qu'elle découle d'une théorie par le calcul ^^

[coussin]

Cette règle provient d'un calcul puisqu'elle dit que les orbitales se remplissent selon leurs énergies (le calcul étant qu'il faut les calculer les énergies de ces orbitales).
D'ailleurs, cette "règle" n'en est pas vraiment une puisque pour plein d'éléments de transition, on commence à remplir des couches sans que celles en dessous soient pleines.

[curiosss]

Si les énergies sont issues d'un calcul fourni par la théorie, ok. Si elles ont été mesurées expérimentalement et intégrées dans la théorie alors on n'explique rien. Si la théorie utilise une règle empirique pour calculer les nombres, alors on n'explique rien non plus (mais on peut faire des prédictions, qui est ce qu'on demande en général à une théorie).
Le fait qu'elles se remplissent en commençant par les plus basses énergies n'est pas à expliquer, on a compris pourquoi c'est normal.

[stefjm]

Je ne suis pas sûr que cela soit utile, mais sait-on jamais?
https://oeis.org/search?q=2%2C+8%2C+...lish&go=Search

[curiosss]

Merci Stejjm,

Oui, j'avais remarqué cette suite de carrés qui m'a fait me demander si le noyaux n'était pas organisé en conséquence.

J'avais pris le crayon pour voir ce que ça donnait en 3D. Le problème se posait avec les isotopes dont certains stables (car bien entendu faut caser aussi les neutrons).

Mais en lisant la théorie officielle je vois plutôt des modèles en goutte d'eau, où protons et neutrons sont joyeusement mélangés.

Alors je me demandais si les nombres d'orbitales et leurs nombres d'électrons ne correspondaient pas plutôt à des creux dans une fonction décrivant les niveaux d'énergie, et que le nombre d'électrons soit simplement dû à la place disponible en fonction de la distance au centre.
Mais vu que la symétrie des orbitales n'est pas toujours sphérique je me demande quand même si ça ne trahit pas un arrangement dans le noyau...

Bref, je cherche à connaitre l'état de l'art en la matière

[bongo1981]

Quand on résout l'équation de Schrödinger, on tombe sur des nombres quantiques (un triplet) qui donnent une orbitale particulière, que l'on appelle 1s 2s, 2p etc...
Le fait est que ces orbitales nx (avec n constant) correspondent à la même énergie (états dégénérés) dans le cas d'un potentiel coulombien.

Si l'on commence à remplir ces couches, le potentiel commence à changer (par exemple avec des électrons np ou nf etc...)
C'est pourquoi au fur et à mesure que l'on remplit des orbitales, certaines autres se retrouvent déstabilisées (par exemple la couche 3d augmente son énergie de sorte que l'énergie de la 4s devient moindre).

C'est pourquoi on ne remplit la couche 3 qu'avec 8 éléments, puis on recommence avec la couche 4s, qui du coup déstabilise également la couche 4p, et alors on remplit la couche 3d avant la couche 4p (d'où la structure des métaux de transition).
Puis de même quand on attaque la période 6 et 7 où ce sont les couches 4f et 5f qui se déstabilisent à mesure que l'on remplit les orbitales 6s 7s.

Pour les noyaux, il y a ce que l'on appelle les nombres magiques, comme la règle de l'octet stabilisent particulièrement certains noyaux, où le potentiel est différent, et où le fait de rajouter des protons, déstabilise les "orbitales" des protons, et cette déstabilisation est plus patente qu'entre électrons. (y a des cours de Luc Valentin)

[curiosss]

Bonjour,

Je me pose une question :
La stabilité des noyaux est-elle influencée ou non par la présence du cortège électronique ? (si on ionise fortement un noyau cela a-t-il une influence dans sa désintégration éventuelle ? Pour les éléments radioactifs.)
Même question mais cette fois en soumettant les noyaux à de forts champs magnétiques ?
Questions subsidiaires : ces expériences ont-elles été faites ou bien a-t-on seulement présumé que c'était sans influence ?

[Deedee81]

Salut,

La stabilité des noyaux est-elle influencée ou non par la présence du cortège électronique ? (si on ionise fortement un noyau cela a-t-il une influence dans sa désintégration éventuelle ? Pour les éléments radioactifs.)

Non, ou alors de manière très marginale. Il existe quelques cas de désintégration radioactive où un proton capture un électron (et devient un neutron). Mais il y a toujours d'autres modes de désintégration.

Même question mais cette fois en soumettant les noyaux à de forts champs magnétiques ?

Le noyau est bel et bien sensible aux champs magnétiques. Mais à ma connaissance les champs magnétiques dont on dispose sont insuffisant pour affecter la durée de vie.
Mon affirmation est à confirmer car là je n'ai pas de certitude.

Questions subsidiaires : ces expériences ont-elles été faites ou bien a-t-on seulement présumé que c'était sans influence ?

Pour les ionisations, c'est sûr et certains, car nombre d'éléments sont étudiés dans des dispositifs magnétiques (comme les spectromètre de masse par exemple). Et cela nécessite d'ioniser au moins en partie les atomes.

Pour une ionisation complète, je serais moins affirmatif car c'est assez difficile à faire. Faut des plasmas haute température pour ça. Tellement haute température qu'on entre dans le domaine ou les simples collisions entre noyaux vont affecter leur durée de vie (du style plasma dans un réacteur à fusion).

Et pour les champs magnétiques intenses, je ne sais pas.

[invite07941352]

Re,
En restant dans l'admis et le reconnu : Descendre à "changing decay rate "

https://en.wikipedia.org/wiki/Radioa...y#Changing_dec