Bac à sable · simulation en direct
Ajoutez un proton et vous changez l’élément. Ajoutez un neutron et vous changez l’isotope. Ajoutez un électron et vous créez un ion. Tout ce qui suit se met à jour dès que vous le faites.
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Activez-le pour douze énigmes de construction de nucléides.
Ce que vous regardez
Le nombre de protons — le numéro atomique, Z — est l’élément. Six protons, c’est du carbone, et rien d’autre ne peut être du carbone. Changez Z et vous avez transmuté un élément en un autre, exactement comme le souhaitaient les alchimistes et comme le font les réacteurs nucléaires.
Les neutrons ajoutent de la masse et, surtout, atténuent la répulsion électrostatique entre les protons. En trop petit ou en trop grand nombre, le noyau se désintègre. Même élément, nombre de neutrons différent = isotope différent : le carbone-12 est stable pour toujours, tandis que le carbone-14 a une demi-vie de 5 730 ans.
La chimie est entièrement une histoire d’électrons. Retirez-en un et vous obtenez un cation positif ; ajoutez-en un et vous obtenez un anion négatif. Les atomes gagnent, perdent et partagent des électrons pour atteindre une couche externe pleine — cette tendance unique explique presque toutes les réactions que vous étudierez.
Le verdict de stabilité
Représentez chaque nucléide connu avec les protons sur un axe et les neutrons sur l’autre : les nucléides stables forment une bande étroite et courbe — la vallée de stabilité. Les éléments légers se situent près de N = Z. Lorsque Z augmente, les protons se repoussent plus fortement et le noyau a besoin de proportionnellement plus de neutrons pour rester lié ; la bande se courbe donc vers le haut, en direction de N ≈ 1.5 Z.
Au-dessus de la bande, le nucléide est riche en neutrons : un neutron se transforme en proton et il émet un électron (désintégration β⁻). En dessous, il est riche en protons : un proton se transforme en neutron et il émet un positon (désintégration β⁺). Au-delà du bismuth (Z = 83), la vallée s’arrête tout simplement : aucune disposition de neutrons ne peut maintenir autant de protons ensemble indéfiniment.
Neutrons (vertical) en fonction des protons (horizontal) · votre construction est indiquée
Questions fréquentes
Un isotope se distingue par son nombre de neutrons — même élément, masse différente, même chimie. Un ion se distingue par son nombre d’électrons — même élément, même masse, chimie très différente. Le carbone-12 et le carbone-14 sont des isotopes l’un de l’autre ; Na et Na⁺ sont un atome et son ion. Si vous changez les protons, vous avez changé d’élément.
La physique classique affirme qu’une charge en orbite rayonne de l’énergie et devrait s’effondrer en environ 10⁻¹¹ secondes. Ce n’est pas le cas, et cet échec a imposé la création de la mécanique quantique. Un électron dans un atome n’est pas du tout en orbite : il occupe une onde stationnaire d’énergie minimale fixe. Il n’existe aucun état inférieur dans lequel il puisse tomber. Les anneaux dessinés ici sont une commodité — le visualiseur d’orbitales sur la page de chaque élément montre le véritable nuage de probabilité.
La couche n contient au maximum 2n² électrons : 2, 8, 18, 32, et ainsi de suite. Mais les couches ne se remplissent pas strictement dans l’ordre — 4s se remplit avant 3d, car elle se trouve à une énergie plus faible : c’est la règle de Madelung suivie par ce générateur. Cet ordre explique précisément pourquoi les métaux de transition forment un bloc au milieu du tableau périodique.
Le fer-56 (et le nickel-62) se trouvent au sommet de la courbe de l’énergie de liaison par nucléon. La fusion de tout élément plus léger libère de l’énergie ; la fission de tout élément plus lourd libère de l’énergie ; le fer ne fait ni l’un ni l’autre. C’est pourquoi la fusion dans une étoile massive s’arrête au fer, pourquoi le cœur s’effondre ensuite, et pourquoi chaque élément plus lourd que le fer présent dans votre corps a été formé dans une supernova ou lors d’une collision d’étoiles à neutrons, plutôt que par la combustion stellaire ordinaire.
Pas ici, et pas encore dans un laboratoire non plus. Ce générateur s’arrête à 118, car c’est là que le tableau périodique s’arrête actuellement. Depuis plus de dix ans, des équipes au Japon, en Russie et aux États-Unis bombardent des cibles d’actinides pour tenter de produire les éléments 119 et 120 ; les noyaux se désintègrent plus rapidement que ne peut les enregistrer le moindre détecteur.