Proportion de vide dans la matiere

[Yvan_Delaserge]

Bonjour,

Dans le modele classique de l'atome (imagine par Rutherford si ma memoire est bonne), l'espace occupe par les electrons qui tournent autour du noyau est tres grand, compare a la taille du noyau, plus la taille des electrons eux-memes.

Quelle est la proportion entre la taille du noyau (plus les electrons, mais ils sont tres petits) et la taille de l'atome?

En particulier, pour un atome d'hydrogene, est-ce correct de dire que l'atome est constitue de 99% de vide?

Ou bien la proportion de vide est-elle bien plus importante que 99%?

Et pour un atome plus lourd, disons par exemple du fer? Quelle est cette proportion?

D'autre part, si l'on considere les modeles contemporains de l'atome, je veux dire les modeles plus recents que le modele de Rutherford, au niveau des quarks, quelle est la proportion de vide dans un atome?

Encore bien plus importante, non?
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[Deedee81]

Salut,

De mémoire le noyau est 100000 fois plus petit que l'atome lui-même. Elève le au cube (volume) et ça te donne la proportion (c'est bien plus que 99% !) La proportion varie assez peu d'un atome à l'autre.

MAIS ce n'est pas vide. Tout d'abord l'électron n'est pas un corpuscule (le modèle de Rutherford/Bohr était très imparfait mais ils ne pouvaient pas le deviner, les électrons ne sont pas des petites planètes), il a une extensions spatiale (décrite par sa fonction d'onde) qui remplit tout l'intérieur (ça passe même par le noyau, et pour certains noyaux il peut même y avoir capture électronique). Voici quelques "orbitales" possibles pour les électrons
https://fr.wikipedia.org/wiki/Orbita...Os-3D-dots.png
Sans compter les nombreux photons (champ électrostatique du noyau et des électrons).

Pour les protons/neutrons ça devient encore plus évident. En effet les électrons/quarks/.... sont des particules élémentaires. Sans dimensions (sauf si la théorie des cordes est correcte ).
Et donc on pourrait dire que les protons/neutrons ne sont que du vide. Ce qui est assez absurde.
Et là aussi les quarks (et gluons) occupent tout l'intérieur par leur amplitude de présence (fonction d'onde) (et guère au-delà à cause du mécanisme de confinement de l'interaction forte).

[stefjm]

https://fr.wikipedia.org/wiki/Rayon_de_Bohr
https://fr.wikipedia.org/wiki/Rayon_de_charge

[albanxiii]

Bonjour,

Les unités adaptées à la description de l'atome :
- pour la taille de l'atome : l’angström, 10^-10 m
- pour la taille du noyau : le fermi, 10^-15 m

La mémoire de Deedee et la mienne sont cohérentes

Chercher des valeurs plus précises pour un élément particulier n'a pas vraiment de sens car au mieux on peut parler de fonction d'onde et de densité de probabilité de présence. On peut déterminer la taille de la zone dans laquelle on a 90 ou 99% de chance de trouver un électron par exemple. Mais on n'a clairement pas une valeur qui correspondrait avec des modèles de sphères dures.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Sethy]

On peut aussi préciser que malgré le fait que les atomes ont un nombre variable d'électrons qui les entourent (de 1 à ... environ 90 pour les éléments qu'on trouve dans la nature), le rayon de ceux-ci est finalement assez proche.

Il n'est pas aisé de se mettre d'accord sur la bonne définition, mais qu'on choisisse le "rayon atomique" ou le "rayon covalent", les valeurs sont grosso-modo comprises entre 0,9 Angstrom (Carbone, 6 électrons, rA = 0,85 Angstrom ) et 2,6 (Césium, 55 électrons, rA = 2,6 Angstrom ) avec deux exceptions notables, le Fluor (9 électrons, rA = 0,5 Angstrom) et l'Hydrogène (1 électron, rA = 0,25 Angstrom).

Tableaux : https://fr.wikipedia.org/wiki/Rayon_atomique (Angstrom) & https://fr.wikipedia.org/wiki/Rayon_de_covalence (picomètres)

[Deedee81]

Salut,

EDIT croisement avec Sethy, je rebondissait sur le message d'Albanxiii

Cette histoire de "matière pleine de vide" date de Rutherford et du modèle de Bohr (et ce qui va avec).

Ca été très vite réfuté à l'époque (première "vraie" théorie quantique 12 ans après).
Mais y a rien de pire qu'une idée : ça colle à la peau et plus d'un siècle plus tard, ça traine encore dans la vulgarisation, les nostalgiques qui s'y accrochent croyant y voir une vérité révélée, évidemment les cranks (quoi que ce ne soit pas le plus courant, en général ils "préfèrent" la relativité ) et donc hélas youtube.

Y a pleins de vieux trucs poussiéreux comme ça en science (toutes disciplines confondues, physique, biologie, etc....). Parfois je m'étonne de ne pas voir plus de types défendre la théorie des quatre éléments (quoi qu'on a eut un alchimiste une fois sur Futura )

[stefjm]

Parce qu'il y a 5 éléments.

Moulti pass!

[Deedee81]

Parce qu'il y a 5 éléments.
Moulti pass!

En plus, dans les "vieilles théories" (là on va dans l'antiquité et le Moyen-Age) il y en avait bien 4 .... ou 5 , selon les philosophes concernés (mais bon c'était pas Leeloo )

[Yvan_Delaserge]

Selon le general Sun Tzu (500 ans avant JC), il y en a 5: l'eau, le feu, la terre, le bois, le metal.

[Yvan_Delaserge]

Salut,

EDIT croisement avec Sethy, je rebondissait sur le message d'Albanxiii

Cette histoire de "matière pleine de vide" date de Rutherford et du modèle de Bohr (et ce qui va avec).

Ca été très vite réfuté à l'époque (première "vraie" théorie quantique 12 ans après).
Mais y a rien de pire qu'une idée : ça colle à la peau et plus d'un siècle plus tard, ça traine encore dans la vulgarisation, les nostalgiques qui s'y accrochent croyant y voir une vérité révélée, évidemment les cranks (quoi que ce ne soit pas le plus courant, en général ils "préfèrent" la relativité ) et donc hélas youtube.

Y a pleins de vieux trucs poussiéreux comme ça en science (toutes disciplines confondues, physique, biologie, etc....). Parfois je m'étonne de ne pas voir plus de types défendre la théorie des quatre éléments (quoi qu'on a eut un alchimiste une fois sur Futura )

Fort bien, mais peut-on dire que le modele de Bohr-Rutherford conserve une certaine pertinence lorsqu'il s'agit de modeliser par exemple le comportement des neutrons au sein d'un element fissile ou meme au sein de toutes sortes de matiere?

Pensons par exemple a de la matiere non radioactive en contact avec de la matiere radioactive. Admettons que la matiere radioactive emette des neutrons avec la bonne energie en direction de la matiere non radioactive.

Dans quelle mesure et a quelle vitesse la matiere non radioactive va-t-elle devenir elle-meme radioactive?

J'aurais tendance a penser que la probabilite qu'un neutron rencontre un atome est faible, car les distances entre les noyaux sont tres grandes en comparaison de la taille des noyaux.

Qu'en pensez-vous?

[Sethy]

Fort bien, mais peut-on dire que le modele de Bohr-Rutherford conserve une certaine pertinence lorsqu'il s'agit de modeliser par exemple le comportement des neutrons au sein d'un element fissile ou meme au sein de toutes sortes de matiere?

Pensons par exemple a de la matiere non radioactive en contact avec de la matiere radioactive. Admettons que la matiere radioactive emette des neutrons avec la bonne energie en direction de la matiere non radioactive.

Dans quelle mesure et a quelle vitesse la matiere non radioactive va-t-elle devenir elle-meme radioactive?

J'aurais tendance a penser que la probabilite qu'un neutron rencontre un atome est faible, car les distances entre les noyaux sont tres grandes en comparaison de la taille des noyaux.

Qu'en pensez-vous?

C'est quand même assez simpliste comme expérience de pensée. Déjà, il faudrait distinguer entre les neutrons rapides et les lents qui n'ont pas du tout le même comportement.

Ensuite, du vide ... je veux bien mais quand tu vois le nombre d'atomes qu'il y a au gramme ...

Rappelons-nous que la masse critique d'235U est d'un peu de moins de 10 kg. Dans la mesure où la densité (oups masse volumique) de l'Uranium est d'environ 19 g/cm3, cela correspond à un volume d'1/2 litre ... Or la masse critique est justement le point à partir duquel il y a plus de neutrons capturés que de neutrons perdus.

[XK150]

Au sujet de l'activation des matériaux sous l'effet des neutrons ,
les lois d'activation sont en premier lieu régies par les sections efficaces de capture ( qui dépendent de l'énergie des neutrons ) qui n'ont rien à voir avec la taille réelle des atomes .

https://fr.wikipedia.org/wiki/Section_efficace
https://fr.wikipedia.org/wiki/Activation_neutronique

Lire , par exemple : sensibilité à l'activation

On peut dire approximativement , que le 135Xe absorbe les neutrons ( et donc s'active ) , 100000 fois plus que l'aluminium ...

[Deedee81]

Salut,

EDIT décidément, Xk150 et moi avons souvent tendance à nous croiser le matin Je rebondissais sur le message de Sethy

En plus, là on entre dans le monde de la mécanique quantique (forcément, à cette échelle), les particules comme le neutron se comportent comment des ondes !!!! (tout comme l'électron dont je disais qu'il était "répandu" dans tout l'atome). La section efficace d'un neutron thermique est assez élevée, bien plus qu'on ne le déduirait d'une modélisation corpusculaire. On utilise d'ailleurs la diffusion/diffraction (typiquement ondulatoire) avec des neutrons pour sonder des matériaux.

Pour donner un ordre de grandeur, un neutron thermique a une longueur d'onde plus de 100000 fois plus grande que la taille d'un neutron "corpusculaire". Autant dire que même sous forme paquet d'onde est il est dans tout le noyau (la section efficace de capture est quand même plus petite que ça, mais la section efficace de diffusion est de cet ordre là, et comme Sethy l'a dit, y a énormément d'atomes dans la matière, donc après quelques diffusion qui le ralentissent : gnap, avalé par un noyau).

Donc, clairement là, ce n'est pas la modélisation "vide v.s. pas vide" qui compte mais la modélisation "classique ou quantique". Et dans ce domaine, sans quantique t'est toc
Le modèle de Rutherford était classique : donc extrêmement trompeur.
Le modèle de Bohr était semi-classique (il avait introduit les premiers concepts quantiques, mais peu) : totalement faux (enfin, presque , il a permis de déduire le spectre de l'hydrogène et même la structure fine avec quelques raffinement ).
Il fallut la formulation purement quantique de Heisenberg puis Schrödinger pour comprendre l'atome.
Et ça pour l'atome lui-même. Pour un objet 100000 fois plus petit, le noyau, vouloir s'en faire une vision classique (avec du vide autour), c'est suicidaire. On est dans le quantique pur et dur (le noyau est d'ailleurs difficile à modéliser car en plus de nécessiter la mécanique quantique, il est souvent complexe : de nombreux neutrons et protons, plusieurs interactions : électromagnétiques, faibles et fortes/nucléaire, et cette dernière est une salle bestiole fort compliquée).

[XK150]

Et de " la matière radioactive " qui émet des neutrons en quantité , ce n'est vraiment pas courant , même si cela existe - et cher - 252Cf par exemple .
Sinon , il vous faut avoir un réacteur nucléaire sous la main .

Les calculs d'activation ( et donc les temps ) ne présentent pas difficultés réelles à condition de connaître la section efficace ( évoquée précédemment ) ,
mais qui varie avec l'énergie du neutron et de plus , les neutrons monoénergétiques ne sont très courants non plus ...
Donc , ça se complique un peu en réacteur , il faut connaître le spectre neutronique ( répartition en énergie au point considéré ) .

[Archi3]

Fort bien, mais peut-on dire que le modele de Bohr-Rutherford conserve une certaine pertinence lorsqu'il s'agit de modeliser par exemple le comportement des neutrons au sein d'un element fissile ou meme au sein de toutes sortes de matiere?

Pensons par exemple a de la matiere non radioactive en contact avec de la matiere radioactive. Admettons que la matiere radioactive emette des neutrons avec la bonne energie en direction de la matiere non radioactive.

Dans quelle mesure et a quelle vitesse la matiere non radioactive va-t-elle devenir elle-meme radioactive?

J'aurais tendance a penser que la probabilite qu'un neutron rencontre un atome est faible, car les distances entre les noyaux sont tres grandes en comparaison de la taille des noyaux.

Qu'en pensez-vous?

en fait comme on t'a dit ta vision classique de corpuscules "heurtant" d'autres corpuscules n'est plus vraiment valable dans le monde quantique. Les particules sont décrites par des ondes qui remplissent l'espace, donc d'une certaine manière il y a "0 % " de vide. La probabilité d'intercepter une particule se mesure par la "section efficace", qui est en quelque sorte la surface équivalente d'une cible qui intercepterait la même quantité de particules incidentes. Si la section efficace est "de l'ordre " de πr² où r est la dimension caractéristique du système, elle peut aussi être fortement augmentée (ou diminuée) par des effets quantiques. Par exemple la dimension typique d'un noyau est de 10^-14 m, donc on utilise comme unité de section efficace en physique nucléaire le barn qui est 10^-18 m². Si les sections efficaces de capture sont bien de l'ordre de quelques barn en général, celle du Xénon 135 est de l'ordre de 10⁶ barn, c'est à dire que le noyau "apparait" 1000 fois plus gros que ce qu'il est en réalité ! (c'est la cause de l'empoisonnement au xénon dans les réacteurs nucléaires qui a eu des effets dramatiques sur la catastrophe de Tchernobyl).

[XK150]

1 barn = 10^-28 m2 = 10^-24 cm2 = 100 fm2

[Deedee81]

Merci pour vos chiffres, c'est vraiment utile pour se faire une idée

Ah tiens j'ignorais que c'était si cher :

et cher - 252Cf

C'est l'élément le plus chère au monde !!! 9.5 millions d'euros le gramme.
(dans les éléments, l'or n'est que le sixième !)

[Archi3]

1 barn = 10^-28 m2 = 10^-24 cm2 = 100 fm2

yes 10^-28 bien sûr pas 10^-18 désolé pour le lapsus calami

[XK150]

Merci pour vos chiffres, c'est vraiment utile pour se faire une idée
Ah tiens j'ignorais que c'était si cher :
C'est l'élément le plus chère au monde !!! 9.5 millions d'euros le gramme.
(dans les éléments, l'or n'est que le sixième !)

C'est ce qui est utilisé maintenant comme sources auxiliaires de démarrage des réacteurs nucléaires au premier chargement en combustible totalement neuf .
Bon , il en faut assez peu : 1 mg de 252Cf émet 2.3 10^9 neutrons/seconde , bien plus que les 100 tonnes d'uranium du chargement neuf .
Par contre , la période joue contre lui : 2.6 ans , et l'on ne démarre plus des réacteurs neufs bien souvent ...

[Deedee81]

on ne démarre plus des réacteurs neufs bien souvent ...

et on a même du mal à redémarrer les vieux

(ce matin : demande gouvernementale de relancer certains réacteurs Belges : problème du gaz Russe, etc... Et réponse Engie : impossible, pas en toute sécurité)

[XK150]

et on a même du mal à redémarrer les vieux

(ce matin : demande gouvernementale de relancer certains réacteurs Belges : problème du gaz Russe, etc... Et réponse Engie : impossible, pas en toute sécurité)

C'est certain . Si , le statut de " mise à l'arrêt définitif " a été prononcé , aussi bien les procédures administratives ou de non maintenance sont irréversibles .
Ce n'est pas vraiment comme reprendre son vélo après un hiver dans le garage ...

[Deedee81]

Ce n'est pas vraiment comme reprendre son vélo après un hiver dans le garage ...

Ni même mettre le chargeur pour la batterie de la voiture

Un des soucis c'est que nous centrales sont vieillottes, fissures et tout le tralala

Ah zut, on est hors sujet, donc : les centrales on fait le nettoyage par le vide

[Yvan_Delaserge]

Je suis bien content d'avoir demarre ce fil, surtout a cause des digressions, qui m'ont permis d'apprendre beaucoup.
Et plus on apprend, plus on se pose de nouvelles questions.
Par exemple, comment procede-t-on pour purifier du Californium?

J'imagine qu'on doit en trouver dans du combustible usage que l'on extrait d'un reacteur. Quelle est la suite du procede? Dissolution, passage en phase liquide, precipitation, puis extraction du bon isotope dans un spectrometre de masse?
Ou par ultracentrifugation?
Qu'est-ce qui coute si cher pour en arriver a ce prix astronomique?

[XK150]

Une partie des réponses est ici : https://www.frontier-cf252.com/calif...AR%2C%20Russia.

Production mondiale très très faible et processus d'obtention long en réacteur de recherches à fort flux de neutrons .

Après je ne connais pas les détails de tête , il faudrait les chercher .

Le plus probable , le plus courant : séparation chimique du combustible usé ( comme au retraitement français ) .
Séparation isotopique très peu probable : trop difficile , trop radioactif , trop cher .
La production nucléaire des autres isotopes peut être beaucoup plus faible et certains autres de période plus courte , disparaissent rapidement .

Bien souvent un mélange d'isotopes n'est pas gênant : on donne le nom du mélange à celui digne d'intérêt , peu importe l'existence des autres si par exemple ce sont des émetteurs gamma ou béta vis à vis des neutrons .

Un exemple du même genre : toute source dite de " cobalt 60 " , 60Co , contient forcément des atomes pères de 59Co et forcément des atomes fils de 60Ni .
Cet exemple est un peu biaisé puisque 59Co et 60Ni ne sont pas radioactifs , donc totalement à ignorer vis à vis du 60Co .

[Yvan_Delaserge]

Merci pour vos chiffres, c'est vraiment utile pour se faire une idée

Ah tiens j'ignorais que c'était si cher :



C'est l'élément le plus chère au monde !!! 9.5 millions d'euros le gramme.
(dans les éléments, l'or n'est que le sixième !)

Le polonium serait encore plus cher a en croire wikipedia: 25 millions de dollars pour quelques microgrammes?

L'espion russe*Alexandre Litvinenko*a été assassiné par empoisonnement avec cette substance en 2006[10]. La quantité de*polonium 210*qui lui aurait été «*administrée*» était probablement très élevée, puisqu’elle a conduit à son décès en trois semaines. En utilisant des données toxicologiques sur les animaux de laboratoire, on peut imaginer qu’il s’agissait de quelques microgrammes de*polonium 210. Le coût de la dose de*polonium 210*qui aurait tué ce dernier est estimé à 25*millions de dollars US par le*Berliner Zeitung.