Les propriétés de la matière et le nombre de protons dans le noyau

[andretou]

Bonjour tout le monde
Les atomes ont tous des propriétés différentes, essentiellement dues au nombre de protons contenus dans le noyau (les neutrons n'ayant ici qu'une influence isotopique secondaire).
Ainsi, un noyau contenant par exemple 6 protons (carbone) a des propriétés différentes d'un noyau à 7 protons (azote).
Je voudrais savoir par quel mécanisme et selon quel principe un proton supplémentaire dans un noyau change-t-il radicalement les propriétés de celui-ci ?
Merci d'avance pour vos commentaires.
-----

[coussin]

Ce n'est pas le nombre de protons qui détermine les propriétés chimiques d'un matériau mais son nombre d'électrons. Pour un atome neutre, les deux sont bien évidemment égaux.
Les différentes propriétés chimiques proviennent alors du fait que certaines couches électroniques sont pertiellement remplies ou pleines.

[invitecaafce96]

Bonjour,
Oui, mais pourquoi un élément A est , par exemple , plus dur ou plus mou qu'un élément B ???

J'en suis resté à " les causes sont nombreuses , diverses et complexes " ... ça rappelle un peu le temps que met le fût du canon à se refroidir

[coussin]

Plus dur ou plus mou ? La, rien à voir (ou peu) avec les propriétés des atomes individuels. C'est de la mécanique du solide et c'est effectivement compliqué...
L'exemple typique est la différence entre l'acier et le fer. Dans l'acier, on "dérange" le réseau cristallin d'atomes de fer en y ajoutant des atomes d'oxygène. Ce réseau cristallin "moins régulier" de l'acier est alors moins sujet aux dislocations : l'acier est plus dur que le fer.

[A voir en vidéo sur Futura]

[coussin]

Je me suis trompé : je parlais de la trempe. Vous aurez rectifié de vous même.

[invitecaafce96]

re,
Encore que les composés , je veux bien .
Mais 2 éléments purs ? Pourquoi l'Aluminium plus mou que le Silicium ?

[coussin]

Bah y a comment les atomes s'arrangent... Bien sûr, les propriétés du diamant et d'un bout de charbon n'ont rien à voir. Les deux sont pourtant du carbone...

[andretou]

Ce n'est pas le nombre de protons qui détermine les propriétés chimiques d'un matériau mais son nombre d'électrons.

Je crois qu'il y a une confusion : je ne parle pas des molécules (dont les propriétés dépendent en effet des couches électroniques) mais des NOYAUX ATOMIQUES dont les propriétés dépendent essentiellement du nombre de protons, me semble-t-il.

[coussin]

Bah un noyau isolé n'existe pas... De quelles propriétés parlez-vous alors ?

[andretou]

Bah un noyau isolé n'existe pas... De quelles propriétés parlez-vous alors ?

Quand on ajoute un électron à un atome, ça change pas grand'chose à la nature de cet atome, il est ionisé mais il conserve ses propriétés fondamentales.
Mais quand on ajoute un proton à un atome, ça change radicalement sa nature, comme par exemple quand du Potassium 40 (avec 19 protons) devient du Calcium 40 (avec 20 protons)...

[coussin]

Je répète : de quelles propriétés parlez-vous ? Les propriétés physiques des éléments, leurs places dans la table périodique, c'est le nombre d'électrons qui compte...

[andretou]

Je répète : de quelles propriétés parlez-vous ? Les propriétés physiques des éléments, leurs places dans la table périodique, c'est le nombre d'électrons qui compte...

Considérons alors un noyau de deutérium (1 proton + 1 neutron), et un noyau d'hélium 3 (2 protons et 1 neutron).
Le noyau de deutérium et le noyau d'hélium 3, l'un et l'autre dépourvus d'électrons, n'ont évidemment pas les mêmes propriétés puisqu'il s'agit de deux éléments différents (hydrogène et hélium)...
C'est donc bien le proton qui confère aux éléments leurs propriétés fondamentales.

[mach3]

Prenons le potassium, qui a 19 protons. Pour former un atome neutre, il doit avoir 19 electrons. Il se fait qu'avec 19 électron, on a 3 couches electroniques (2+8+8) complètes et un électron célibataire. Cela en fait un membre de la colonne I, celle des alcalins. Comme tout les membres de cette colonne, il peut perdre facilement cet electron célibataire, mais il est hors de question de toucher aux autres (du moins en chimie), ce qui explique qu'il soit un bon réducteur (comme tous les alcalins, sauf le lithium qui est un peu plus gentil), il reduit l'eau violemment. Il forme des ion K+, chargés une seule fois.
Sous forme métallique, chaque atome ne donne qu'un seul électron pour former le réseau de liaison métallique, ce qui donne une température de fusion basse et une dureté faible.

Ajoutons un proton, cela donne du calcium, pour avoir un atome neutre, nous devons aussi ajouter un électron, ce qui porte leur nombre à 20. Cette fois nous avons deux électrons qui peuvent partir, et ils partent généralement tous deux ensemble. Cela fait que le calcium et un moins bon réducteur (électrons plus durs à ceder). Il forme des ions Ca2+, chargés deux fois.
Par contre sous forme métallique, il y a 2 électrons pour les liaisons métalliques qui sont donc plus fortes : c'est un metal un peu plus et qui font plus haut.

Si le potassium et le calcium sont différents, c'est à cause de leurs configurations électroniques, et ces configurations, qui dependent du nombre d'électrons, sont dues au nombre de protons, qui lui est egal.

m@ch3

[andretou]

Si le potassium et le calcium sont différents, c'est à cause de leurs configurations électroniques, et ces configurations, qui dependent du nombre d'électrons, sont dues au nombre de protons, qui lui est egal.

Je suis d'accord en ce qui concerne le rôle des électrons dans les liaisons atomiques.
Alors je reformule ma question :
Considérons un noyau de deutérium (1 proton + 1 neutron), et un noyau d'hélium 3 (2 protons + 1 neutron).
Le noyau de deutérium et le noyau d'hélium 3 sont l'un et l'autre dépourvus d'électrons, mais ils s'agit de deux éléments différents (hydrogène et hélium) aux propriétés évidemment différentes, et ceci uniquement à cause d'un proton.
Je voudrais savoir par quel mécanisme et selon quel principe un proton supplémentaire dans un noyau change-t-il radicalement les propriétés de celui-ci ?

[invitecaafce96]

Re, coussin ,
Je repose aussi ma question :
Quelle est l'explication détaillée qui fait que 2 éléments purs se suivant : 13Al est plus mou que 14Si ?

[coussin]

Re, coussin ,
Je repose aussi ma question :
Quelle est l'explication détaillée qui fait que 2 éléments purs se suivant : 13Al est plus mou que 14Si ?

Je ne sais pas.

[coussin]

Considérons alors un noyau de deutérium (1 proton + 1 neutron), et un noyau d'hélium 3 (2 protons et 1 neutron).
Le noyau de deutérium et le noyau d'hélium 3, l'un et l'autre dépourvus d'électrons, n'ont évidemment pas les mêmes propriétés puisqu'il s'agit de deux éléments différents (hydrogène et hélium)...
C'est donc bien le proton qui confère aux éléments leurs propriétés fondamentales.

Vous êtes têtu... Et on ne sait toujours pas de quelles propriétés mystérieuses vous parlez...
La seule "propriété" d'un noyau isolé que je vois est son spin.
Les autres propriétés chimiques de l'atome correspondant sont dues aux électrons.

[invite6dffde4c]

re,
Encore que les composés , je veux bien .
Mais 2 éléments purs ? Pourquoi l'Aluminium plus mou que le Silicium ?

Bonjour Catmandou.
Il ne semble pas évident de prédire la dureté à partir de la structure atomique.
Voici deux entrées qui semblent confirmer la dépendance de la dureté avec les liens chimiques et la maille cristalline :
http://physicsworld.com/cws/article/...ulate-hardness
http://physics.aps.org/story/v12/st1
Cordialement,

[Gilgamesh]

aux propriétés évidemment différentes, et ceci uniquement à cause d'un proton.

Ter : de quelles propriétés parlez vous ! S'il s'agit des propriétés chimiques : température de changement de phase, aspect visuel, réactivité, potentiel redox, solubilité... c'est déjà répondu. S'il s'agit de la densité, évidemment la masse supplémentaire du proton intervient mais également la taille de l'atome, ce qui dépend du nuage électronique.

S'il s'agit de la stabilité nucléaire il y a une question assez compliqué d'équilibre proton-neutron.

Mais répondez déjà à ça : de quelles propriétés est il question en dehors de la chimie ?

[mach3]

Je suis d'accord en ce qui concerne le rôle des électrons dans les liaisons atomiques.
Alors je reformule ma question :
Considérons un noyau de deutérium (1 proton + 1 neutron), et un noyau d'hélium 3 (2 protons + 1 neutron).
Le noyau de deutérium et le noyau d'hélium 3 sont l'un et l'autre dépourvus d'électrons, mais ils s'agit de deux éléments différents (hydrogène et hélium) aux propriétés évidemment différentes, et ceci uniquement à cause d'un proton.
Je voudrais savoir par quel mécanisme et selon quel principe un proton supplémentaire dans un noyau change-t-il radicalement les propriétés de celui-ci ?

Les seules différences entre un noyau de deutérium et d'helium 3 sont :
-la configuration des nucléons, qui conditionne leur stabilité, leur réactivité vis à vis d'autres noyaux (dans des conditions assez extrême bien sûr, celle des reactions nucléaires) et qui conditionne leur masse exacte (=masse des nucléons - energie de liaison/c²) et le spin du noyau.
-la charge électrique du noyau, qui conditionne la configuration electronique de l'atome neutre correspondant.

C'est tout.

m@ch3

[mach3]

Re, coussin ,
Je repose aussi ma question :
Quelle est l'explication détaillée qui fait que 2 éléments purs se suivant : 13Al est plus mou que 14Si ?

En très gros, l'aluminium perd assez facilement ses 3 électrons de valence et forme donc un reseau d'ion Al3+ baignant dans une mer d'électrons : l'aluminium métallique.
Le silicium possède 4 électrons de valence, qu'il ne cède pas facilement (sous-couches demi remplies, comme le carbone), plutot que de ceder, il va partager et former un reseau de liaison covalente, tres directives et solides.

C'est vraiment en très gros.

m@ch3

[invitecaafce96]

Re,
Merci pour vos réponses .

[invitef29758b5]

Salut

ils s'agit de deux éléments différents (hydrogène et hélium) aux propriétés évidemment différentes, et ceci uniquement à cause d'un proton.

Mais encore une fois quelles propriétés ?
Des propriétés qui ne soient ni chimiques , ni mécaniques ???

[andretou]

Mais répondez déjà à ça : de quelles propriétés est il question en dehors de la chimie ?

Est-ce à dire qu'il n'y a pas de différence de nature entre des noyaux de deutérium et d'hélium 3 ?
Des noyaux de deutérium et d'hélium 3 ne sont-ils pas deux substances différentes, donc avec des caractéristiques intrinsèques différentes, comme par exemple la capacité de fusionner avec un autre noyau à une température donnée ?

[albanxiii]

Bonjour,

Je voudrais savoir par quel mécanisme et selon quel principe un proton supplémentaire dans un noyau change-t-il radicalement les propriétés de celui-ci ?

A part la charge électrique, pourriez-vous préciser de quelles propriétés vous parlez ?
Je suis comme coussin et Gilgamesh, dans le brouillard...

@+

[coussin]

Est-ce à dire qu'il n'y a pas de différence de nature entre des noyaux de deutérium et d'hélium 3 ?
Des noyaux de deutérium et d'hélium 3 ne sont-ils pas deux substances différentes, donc avec des caractéristiques intrinsèques différentes, comme par exemple la capacité de fusionner avec un autre noyau à une température donnée ?

Après deux pages, on sait maintenant que vous vous intéressez donc aux réactions de fusions nucléaires. Pourquoi ne pas avoir commencé par ça...
Ce n'est pas mon domaine...

[invitef29758b5]

Pourquoi le deutérium ?
Le plus proche de l' hélium 3 , c' est le tritium .

[andretou]

Pourquoi le deutérium ?
Le plus proche de l' hélium 3 , c' est le tritium .

J'ai choisi le deutérium car le noyau de deutérium ne diffère du noyau d'hélium 3 que par un seul et unique proton...
Cela met en évidence le fait que c'est bien le proton qui confère aux éléments leurs propriétés intrinsèques, qui font que l'hydrogène n'est pas de l'hélium, que l'hélium n'est pas du lithium, etc, etc...
Ce qui m'intéresse c'est le mécanisme par lequel un proton supplémentaire dans un noyau change radicalement les propriétés de cet élément. Les protons sont en effet tous identiques les uns aux autres. Je n'arrive pas à comprendre pourquoi N protons produisent des propriétés différentes de N+1 protons...

[mach3]

On vous a repondu. Relisez toutes les réponses, il y en a des bonnes, qu'est ce que vous ne comprenez pas dans ces réponses?

Soit vous parlez des propriétés chimiques, et dans ce cas c'est le nombre d'électrons qui compte, et il est conditionné par le nombre de proton.
Soit vous parlez des propriétés nucléaires et dans ce cas c'est par noyau qu'il faut regarder, pas par élément : de ce point de vue le deutérium et le tritium sont aussi différents que le deutérium et l'hélium3.

m@ch3

[Resartus]

onjour,
En supposant que c'est bien des propriétés du NOYAU que vous parlez, il est FAUX de dire que ce n'est que le nombre de protons qui compte, et ce n'est pas parce vous le répéterez en boucle que cela deviendra vrai.
il y a énormément de différences entre le l'hélium 3 et L'hélium 4, et de même entre l'hydrogène et le deutérium.
par contre, l'hélium 3 et le tritium ont beaucoup de points communs.

Quand on parle de noyau, l'interaction principale est l'interaction forte.
Une modélisation assez ancienne mais relativement bonne est le modèle en couches. https://fr.wikipedia.org/wiki/Nombre_magique_(physique)

Dans ce modéle, la stabilité d'un noyau s'appuie sur des régles de remplissage séparé des protons et des neutrons (principe d'exclusion de fermi avec prise en compte du spin du nucléon), et permet de voir apparaitre des nombres "magiques", correspondant à des niveaux d'énergie entièrement remplis. Les noyaux ayant 2,8,20, 28,... protons et/ou 2,8,20, 28,... neutrons sont les plus stables
Donc un noyau a p protons et n neutrons sera très proche d'un noyau à n protons et p neutrons (cas de l'helium 3 et du tritium), mais assez différent d'un noyau à p+1 protons, ou à n+1 neutrons.

L'interaction électromagnétique (charge du proton) a quand même une influence. Elle diminue la stabilité des noyaux qui ont le plus de protons, mais cela ne commence à jouer réellement que pour les noyaux les plus lourds