Question aux scientifiques! (Chimie Physique)

[Lucayes]

Dans les anciennes questions d'examen oral de mon cours de chimie physique, je suis tombée sur une devant laquelle je n'ai aucune idée de réponse . C'est un cours de Chimie Physique assez basique donc j'espere qu'un de vous saura m'aider a ce sujet (c'est pas que vous fussiez nuls juste qu'on ne se rapelle pas tjs de tout de ses années d'études )

"Un proton libre (qui n'est pas lié dans un noyau par des forces nucléaires) ne peut pas se décomposer spontanément en un neutron et un positron. Pourtant, dans certains noyaux radioactifs, un proton se transforme bien en un neutron avec émission d'un positron. Expliquez pourquoi et écrivez l'équation de décomposition.

Données: Ma: proton = 1.0073, neutron=1.0087 et électron = 5,5.10^-4
1 uma = 1,66.10^-27"

(j'ai seulement fait l'équation de décomposition )

Réflexion faite, j'en ai une deuxième

" En se basant simplement sur la forme et la symétrie des orbitales 2s et 2p, pourquoi peut on affirmer que l'orbitale 2p est plus énergétique que 2s dans les atomes à plusieurs électrons? Comment traduisez vous votre justification en termes de probabilité de distribution radiale = 4 pi r² (phi)² ?"

je précise que phi est la fonction d'onde de l'électron


Merci!

(ps 1: on va enfin tester le niveau des franconautes!! gniark gniark gniark )


(ps2: je vais me faire retourner a cet examen moi )

[florian]

Bon je vais essayer de faire appel a mes souvenirs...

Alors si mes souvenirs sont bons et apres vérif via wikipedia, ils ont l'air de l'etre encore un peu, la décomposition d'un proton en positron + neutron + pions (on va laisser les notions de mesons ou pions de coté pour le moment) c'est de la radioactivité beta+. Les pions se décomposent en photons tres rapidement et sont souvent assimilé dans les équations a des photons directement (rayonnement gamma)

Tu as donc pour équation :

proton -> neutron + positron + photon
ou plus couramment
atome de charge du noyau X -> atome de charge du noyau X-1 + positron + photon

Voila pour l'équation, maintenant le pourquoi du comment

La radioactivités beta se produit uniquement dans les noyau atomique instable, donc pour des isotopes radioactifs (logique non?) par exemple l'isotope du Fluor, le fluor 18 (un neutron de moins que le vrai fluor qui lui est a 19) peut se décomposer par radiation beta+ en oxygene18 (un isotope de l'oxygene qui n'est censé n'etre que de l'oxygene 16.

Petite info supplémentaire que je viens de découvrir : "Cette réaction ne peut avoir lieu que si la masse du noyau fils additionnée de deux fois la masse de l'électron est inférieure à celle du noyau père."

En gros tu as un isotope partiellement instable qui va donc se désintegrer pour devenir plus stable (comme toujours dans les réactions physiques ou chimiques) et il va le faire par radiaton beta+ parce qu'il a un défaut de neutron et il est impossible de créer un neutron du vide...
Si tu veux etre encore plus complet va falloir parler lepton and co.

J'espere avoir été clair, mais je sais que j'ai toujours eu du mal a expliquer les trucs, donc si t'as des questions hésite pas.

Question 2 :

Tu parles de quels orbites 2p? Non parce que de mémoire la tronche des orbites z et des orbites x ou y sont vraiment différentes.

[Lucayes]

Envoyé par florian

Bon je vais essayer de faire appel a mes souvenirs...

Alors si mes souvenirs sont bons et apres vérif via wikipedia, ils ont l'air de l'etre encore un peu, la décomposition d'un proton en positron + neutron + pions (on va laisser les notions de mesons ou pions de coté pour le moment) c'est de la radioactivité beta+. Les pions se décomposent en photons tres rapidement et sont souvent assimilé dans les équations a des photons directement (rayonnement gamma)

Tu as donc pour équation :

proton -> neutron + positron + photon
ou plus couramment
atome de charge du noyau X -> atome de charge du noyau X-1 + positron + photon

Voila pour l'équation, maintenant le pourquoi du comment

La radioactivités beta se produit uniquement dans les noyau atomique instable, donc pour des isotopes radioactifs (logique non?) par exemple l'isotope du Fluor, le fluor 18 (un neutron de moins que le vrai fluor qui lui est a 19) peut se décomposer par radiation beta+ en oxygene18 (un isotope de l'oxygene qui n'est censé n'etre que de l'oxygene 16.

Petite info supplémentaire que je viens de découvrir : "Cette réaction ne peut avoir lieu que si la masse du noyau fils additionnée de deux fois la masse de l'électron est inférieure à celle du noyau père."

En gros tu as un isotope partiellement instable qui va donc se désintegrer pour devenir plus stable (comme toujours dans les réactions physiques ou chimiques) et il va le faire par radiaton beta+ parce qu'il a un défaut de neutron et il est impossible de créer un neutron du vide...
Si tu veux etre encore plus complet va falloir parler lepton and co.

J'espere avoir été clair, mais je sais que j'ai toujours eu du mal a expliquer les trucs, donc si t'as des questions hésite pas.

Question 2 :

Tu parles de quels orbites 2p? Non parce que de mémoire la tronche des orbites z et des orbites x ou y sont vraiment différentes.

Tout d'abord un grand merci pour ton aide

alors ensuite, pour la 1ere question, j'ai compris mais il faut que j'explique, calculs a l'appui, que cet evenement peut se produire dans un cas et pas dans un autre.... et on a pas vu lepton et meson et pion qu'on a en effet regroupé sous un plaisant "rayonnement gamma" . en fait, je pensais chercher plutot avec les niveaux d'énergies....ou quelquechose dans le genre. en fait, grosso modo, c'est parcequ'il lui manque des neutrons par rapport a son nombre de protons? (ce qui engendre l'activité radioactive ca j'ai compris). Mais pourquoi éjecte t il un positron plutot qu'un proton tout entier? sa masse est inférieure?

et pour la deuxieme, pour moi les trois orbitales 2p sont pareilles (isoénergétiques), si ce n'est leur orientation , elles ressemblent à trois ellipsoides allongés selon les trois axes x, y et z....

[florian]

Bon je vais bouffer et je te réponds après...

[florian]

Bon pourquoi il ejectre un positron plutot qu'un proton? Effectivement, parce que c'est vahement plus facile. Tu as un grand principe c'est la conservation (merci Lavoisier) notemment la conservation du moment cinétique et comme ton atome il va pas bouger (surtout si il est pris dans une structure plus complexe) faut bien compenser le moment créé par le départ de ta particule et ceci est réalisé par ton rayonnement gamma (ton neutrino) qui va aussi permettre la conservation du nombre leptonique, mais ca c'est hors sujet. Hors si tu expulse un proton, vu le rapport de masse entre ton neutrino et ton proton, ben ca va faire des trucs que la physique n'est pas encore prete a faire... Ensuite de facon plus personnelle, je te conseille d'essayer d'imaginer ton atome, bien "rond", ensuite enleve un proton (ou un neutron), ca va faire bizarre moi je trouve... Mis a part dans le cas d'une fission et la c'est pas un proton que tu enleves je vois pas comment faire pour virer des protons.

Question 2 :

Effectivement, confusion avec les orbitales d.

Bon alors l'orbitale 2s c'est bien le truc comme ca :



Et l'orbitale 2p c'est ca :


C'est bien ca? Bon je vais aller chercher dans ma mémoire (dire que ca fait 7 ans que j'ai plus fait de truc comme ca...)

[Lucayes]

Envoyé par florian

Bon pourquoi il ejectre un positron plutot qu'un proton? Effectivement, parce que c'est vahement plus facile. Tu as un grand principe c'est la conservation (merci Lavoisier) notemment la conservation du moment cinétique et comme ton atome il va pas bouger (surtout si il est pris dans une structure plus complexe) faut bien compenser le moment créé par le départ de ta particule et ceci est réalisé par ton rayonnement gamma (ton neutrino) qui va aussi permettre la conservation du nombre leptonique, mais ca c'est hors sujet. Hors si tu expulse un proton, vu le rapport de masse entre ton neutrino et ton proton, ben ca va faire des trucs que la physique n'est pas encore prete a faire... Ensuite de facon plus personnelle, je te conseille d'essayer d'imaginer ton atome, bien "rond", ensuite enleve un proton (ou un neutron), ca va faire bizarre moi je trouve... Mis a part dans le cas d'une fission et la c'est pas un proton que tu enleves je vois pas comment faire pour virer des protons.

Question 2 :

Effectivement, confusion avec les orbitales d.

Bon alors l'orbitale 2s c'est bien le truc comme ca :



Et l'orbitale 2p c'est ca :


C'est bien ca? Bon je vais aller chercher dans ma mémoire (dire que ca fait 7 ans que j'ai plus fait de truc comme ca...)

oui c'est cela . J'ai compris pour la 1, merci merci quant a la deux, je suis bien d'accord avec la forme des orbitales 2s et 2p! si ce n'est que je ne sais pas comment justifier (en partant de la symétrie et la forme) que les 2p sont moins énergétiques que les 2s.....

[florian]

Que les 2p sont plus énergétiques que les 2s tu veux dire? Alors déja t'as le fait que les orbites p sont plus grosse que les orbites s (r plus grand, plus grande énergie si je en me trompe pas). Ensuite en ce qui concerne les symétries, attention la c'est a prendre avec es pincettes [arce que ca remonte vraiment loin. Si je ne me trompe pas les orbites s ont une probabilité qui décroit avec la distance de facon exponentielle non? Donc la plus grande probabilité est que l'électron va rester proche du noyau, correct? Hors on sait que plus l'énergie est élevé, plus l'électron est loin de son noyau et dans les orbites 2p, la probailité la plus haute de présence de l'électron est au centre des spheres non? Donc d'apres la forme de tes orbites, l'électron a des chances en orbite 2s d'etre plus proche du noyau qu'avec ton orbite 2p, donc d'etre a un niveau d'énergie plus faible, cqfd.

[Lucayes]

Envoyé par florian

Que les 2p sont plus énergétiques que les 2s tu veux dire? Alors déja t'as le fait que les orbites p sont plus grosse que les orbites s (r plus grand, plus grande énergie si je en me trompe pas). Ensuite en ce qui concerne les symétries, attention la c'est a prendre avec es pincettes [arce que ca remonte vraiment loin. Si je ne me trompe pas les orbites s ont une probabilité qui décroit avec la distance de facon exponentielle non? Donc la plus grande probabilité est que l'électron va rester proche du noyau, correct? Hors on sait que plus l'énergie est élevé, plus l'électron est loin de son noyau et dans les orbites 2p, la probailité la plus haute de présence de l'électron est au centre des spheres non? Donc d'apres la forme de tes orbites, l'électron a des chances en orbite 2s d'etre plus proche du noyau qu'avec ton orbite 2p, donc d'etre a un niveau d'énergie plus faible, cqfd.

c'est parfait!!! et j'ai compris en plus un très grand merci

[florian]

Pas de probleme, ca me fait réviser les fondamentaux et ca me fait le plus grand bien de dépoussiérer un peu mes souvenirs de prépas. Si t'as d'autres questions, hésite pas, j'essaierai de répondre (j'ai bien dit essayer, je suis encore tout a fait omniscient, enfin presque quand meme faudrat voir a pas déconner )

[Leaz]

Et beh j'ai vraiment bien fait de ne pas aller en S moi..