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18 juin 2009 4 18 /06 /juin /2009 16:16
Vous avez peut-être déjà vu le clip du "Large Hadron Rap" qui tente de vulgariser les expériences menées au LHC (Large Hadron Collider, ou Grand Collisionneur de Hadron en français). Les Hadrons sont des particules quantiques créés notamment lors de la collision de deux particules (proton et anti-proton dans le cas du LHC). Les explications données dans cette vidéo sont très instructives à condition d'avoir quelques connaissances  en physique des particules. J'essaierai d'y revenir dans un prochain article.





Après le succès de son premier clip, Kate McAlpine revient et nous parle cette fois des recherches  menées au FRIB (Facility for Rare Isotope Beams ou générateur de faisceaux d'isotope rare). Les lecteurs assidus savent déjà qu'un
isotope est un élément qui possède le même nombre de protons (en rouge sur l'image) et d'électrons (en bleu) que son atome,  mais un nombre de neutrons (en brun) différent. Mais avant de parler des isotopes quelques rappels de chimie atomistique s'imposent...


Pour un chimiste, les atomes sont représentés sur le tableau périodique en fonction de leur nombre de proton : de 1 (l'hydrogène en haut à gauche) à 112 (le tout jeune Ununbium
que vous connaissez déjà en bas à droite). Les deux lignes supplémentaires (les Lanthanides et les Actinides) s'insèrent dans les deux cases vides en bas à gauche du tableau (après le Barium et Radium) on les met en dessous pour que le tabeau ne soit pas trop large.
En réalité, cette classification c'est faite à partir des observations des propriétés chimiques des éléments qui dépendent du nombre d'électrons de valence de l'atome (rien à voir avec le picodon et les ravioles). Les électrons orbitant autour du noyau sont organisés par paquet (orbitale électronique) et seul les électrons de la dernière orbitale peuvent interagir avec d'autres  électrons  (réaction chimique) ou avec des photons (i.e. une onde électromagnétique : lumière, infrarouge, UV, micro-onde, onde radio...). Cette classification est très pratique pour les chimistes car a chaque fois qu'une orbitale électronique est remplie on va à la ligne. Les éléments ayant le même nombre d'électrons de valence, et donc les même propriétés, ce retrouve dans une même colonne aussi appelée famille.

- La première colonne est le famille des métaux alcalins (bleu très clair), ce qui signifie qu'il ont un caractère basique. On repéra le sodium (Na du latin Natrium) qui dans ça forme hydroxyde (oxydé en présence d'eau) donne NaOH : la soude. Au dessous du sodium le potassium (K du latin Kalium) qui dans ça forme hydroxyde donne KOH : la potasse (rien a voir avec Paris Hilton).
- Ensuite (en bleu clair) la famille des métaux alcalino-terreux parce qu'ils font la transition entre les métaux alcalins que l'on vient de voir et les "terres rares":  la troisième colonne (Scandium,et Yttrium) plus les Lanthanides. Leur nom "terre" signifiait "minerai" dans le français du XIXème siècle et il ne sont pas rare du tout mais il était encore peu utilisé à l'époque donc on en trouvait rarement sur le marché des minéraux...
- En bleu les métaux de transition, parce qu'ils font la transition dans le tableau entre les deux blocs qui forment les extrémités. Notons que les trois métaux "nobles" : le cuivre (dont les alliages sont appelé bronze), l'argent et l'or  (Au du latin Aurum) sont dans la même colonne.
- En bleu foncé les métaux pauvres qui sont des éléments métalliques plutôt mou, la honte pour un métal alors on leur dit toujours : "casse toi pauvre métal!"
- En violet les métalloïdes, qui ressemblent un peu à des métaux sans être vraiment des métaux, font la  transition ente les métaux de transition et les non-métaux (en rose-rouge)... Vachement transitif la tableau périodique!
- L'avant dernière colonne c'est les halogènes, comme les lampes halogènes, parce leur vapeur réagissent avec le tungstène (le filament des lames) en émettant de la lumière d'où leur utilisation dans les ampoules pour produire une meilleure lumière même si ça consomme plus pour entretenir la réaction...
- Et finalement les "gaz rares" (en jaune) qui ne sont pas rares non plus, c'est juste qu'ils sont extrêmement peu réactif parce que toutes leurs orbitales sont bien remplies ils n'ont aucun électron à échanger!

Trêves de digression, revenons à la physique. Comme vous le savez deux charges positives se repoussent. Mais alors, me diriez vous, comment font tous ces protons chargés positivement pour rester collés les uns les autres au sein du noyau? Grâce à la force nucléaire apportée par les neutrons, évidement. Pour les petits atomes il faut autant de neutrons que de protons pour avoir un assemblage stable, pour les plus gros atomes il faut  rajouter plus de neutrons que protons. Mais on ne sait pas bien pourquoi?!? Ainsi la classification des éléments pour les physiciens intègre tous les  atomes et leurs isotopes (stables et instables) et ressemble à ça :



Le FRIB étudie la dynamique des noyaux d'atomes en cherchant à découvrir de nouveaux isotopes afin de mieux comprendre pourquoi certain sont stable et pas d'autre? Et comment tous ces noyaux d'atomes ont été crée dans les supernovae?

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Published by fab - dans Sciences
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commentaires

veronique 24/06/2009 20:07

une petite précision : les ravioles viennent de Romans, pas de Valence...

olivier 23/06/2009 09:30

Effectivement, je me montre pointilleux mais il faut bien reconnaitre que c'est sacrément bien fait (bien mieux que ce que je pourrais faire évidemment)!!
Continue Fab et que la force soit avec toi (même au pays des teutons!!)

sylvain 22/06/2009 22:35

bel essai de vulgarisation malgré tout!

Olivier 18/06/2009 23:26

Une p'tite précision : les électrons des couches profondes peuvent interagir avec des photons si ces-derniers sont assez énergétiques (X ou gamma). N'est-ce pas Dr. Brunel?