Qu’est-ce qu’un nucléon dans un atome ?
Auteur : Rédaction Domeny.ForSale Publié le
En bref : Nucléon est le nom commun donné au proton et au neutron, les particules qui constituent les noyaux atomiques. Le nombre de nucléons d’un noyau est la somme du nombre de protons et de neutrons, appelée nombre de masse. Les électrons ne sont pas des nucléons.
Proton et neutron : deux types de nucléons
Le proton porte une charge électrique positive, tandis que le neutron est électriquement neutre. Leurs masses sont très proches, bien que le neutron soit légèrement plus lourd que le proton. Ces deux particules sont environ 1800 fois plus lourdes que l’électron, la particule chargée négativement qui se trouve dans l’atome, à l’extérieur du noyau.
| Particule | Charge électrique | Est-ce un nucléon ? |
|---|---|---|
| Proton | Positive | Oui |
| Neutron | Nulle | Oui |
| Électron | Négative | Non |
Le terme « nucléon » permet de désigner ensemble les protons et les neutrons lorsque leur différence n’a pas d’importance, par exemple pour compter les constituants du noyau. Il ne désigne pas un troisième type de particule aux côtés du proton et du neutron.
Un proton ou un neutron reste un nucléon même lorsqu’il se trouve à l’extérieur du noyau atomique. Ce nom désigne le type de particule, et pas uniquement sa position.
Comment compter les nucléons d’un noyau ?
Trois symboles servent à décrire la composition du noyau : Z est le numéro atomique, c’est-à-dire le nombre de protons, N est le nombre de neutrons et A est le nombre de masse, c’est-à-dire le nombre total de nucléons. La relation entre eux est simple :
A = Z + N
Si vous connaissez le nombre de masse et le numéro atomique, vous pouvez calculer le nombre de neutrons avec la formule N = A − Z. Le nombre d’électrons n’intervient dans aucun de ces calculs.
Par exemple, le noyau du carbone-12 contient 6 protons et 6 neutrons. Il possède donc 12 nucléons. Le noyau du carbone-14 contient lui aussi 6 protons, mais il possède 8 neutrons : il compte donc 14 nucléons.
Dans la notation ¹⁴₆C, le nombre en haut indique le nombre de masse A, et celui du bas le numéro atomique Z. Pour déterminer la composition de ce noyau :
- Lisez le nombre de protons : Z = 6.
- Soustrayez Z de A pour trouver le nombre de neutrons : 14 − 6 = 8.
- Le nombre total de nucléons est A = 14.
Le nombre de masse n’est pas la masse de l’atome. Il s’agit d’un nombre de particules : c’est donc un entier sans unité. La masse atomique indiquée dans le tableau périodique tient généralement compte de la composition isotopique de l’élément ; il ne faut pas l’arrondir systématiquement pour déterminer la composition d’un noyau précis.
Quel lien entre nucléons, éléments et isotopes ?
Le nombre de protons détermine l’élément auquel appartient l’atome. Tout noyau contenant 6 protons est un noyau de carbone, et tout noyau contenant 8 protons est un noyau d’oxygène. Un changement du nombre de protons correspond à un changement d’élément.
Les isotopes sont des variantes d’un même élément qui possèdent le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons. Le carbone-12 et le carbone-14 sont donc des isotopes du carbone. La différence de nombre de neutrons peut influer sur la stabilité du noyau : le carbone-12 est stable, tandis que le carbone-14 subit une désintégration radioactive.
Tous les noyaux ne contiennent pas les deux types de nucléons. Le noyau de l’isotope le plus courant de l’hydrogène, l’hydrogène-1, est constitué d’un seul proton. Il possède un nucléon et aucun neutron.
Qu’est-ce qui maintient les nucléons ensemble ?
Les protons, chargés positivement, se repoussent électriquement. Les noyaux peuvent néanmoins rester liés grâce à l’interaction nucléaire entre les nucléons, qui est une manifestation de l’interaction forte. Elle agit à de très courtes distances, comparables aux dimensions des noyaux atomiques.
Les neutrons participent à cette interaction sans accroître la répulsion électrique entre les protons. Cela ne signifie toutefois pas que l’ajout de neutrons stabilise toujours le noyau. Un excès comme un manque de neutrons par rapport au nombre de protons peut rendre le noyau instable.
La liaison des nucléons est associée à une énergie de liaison : l’énergie nécessaire pour séparer le noyau en protons et en neutrons individuels. La masse du noyau lié est inférieure à la somme des masses de ses constituants libres. Cette différence correspond à l’énergie de liaison selon la relation E = mc².
Le nucléon est-il une particule élémentaire ?
Le nucléon n’est pas une particule élémentaire, c’est-à-dire une particule pour laquelle on ne connaît pas de structure interne. Les protons et les neutrons ont une structure interne décrite à l’aide de quarks et de gluons. Les gluons transmettent l’interaction forte entre les quarks.
Dans une description de base, le proton possède trois quarks de valence : deux quarks up et un quark down, tandis que le neutron possède un quark up et deux quarks down. Cette description simplifiée suffit à expliquer la différence entre leurs charges, même si la structure complète du nucléon est plus complexe.
Pour résoudre un exercice sur le nombre de nucléons, commencez par repérer le nombre de masse A. Si seul le symbole de l’élément est donné, sans préciser l’isotope, il n’est généralement pas possible de déterminer le nombre exact de nucléons.
Voir aussi : Qu’est-ce que BGP ?
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