Définition du noyau en chimie

En chimie, un noyau est le centre chargé positivement de l'atome composé de protons et de neutrons. Il est également connu sous le nom de "noyau atomique". Le mot "noyau" vient du mot latin noyau, qui est une forme du mot nux, ce qui signifie noix ou noyau. Le terme a été inventé en 1844 par Michael Faraday pour décrire le centre d'un atome. Les sciences impliquées dans l'étude du noyau, sa composition et ses caractéristiques sont appelées physique et chimie nucléaires.

Les protons et les neutrons sont maintenus ensemble par la force nucléaire puissante. Les électrons, bien qu'attirés par le noyau, se déplacent si vite qu'ils tombent autour de lui ou en orbite à distance. La charge électrique positive du noyau provient des protons, tandis que les neutrons n'ont pas de charge électrique nette. Presque toute la masse d'un atome est contenue dans le noyau car les protons et les neutrons ont beaucoup plus de masse que les électrons. Le nombre de protons dans un noyau atomique définit son identité en tant qu'atome d'un élément spécifique. Le nombre de neutrons détermine quel isotope d'un élément l'atome est.

Taille

Le noyau d'un atome est beaucoup plus petit que le diamètre global de l'atome car les électrons peuvent être éloignés du centre de l'atome. Un atome d'hydrogène est 145 000 fois plus grand que son noyau, tandis qu'un atome d'uranium est environ 23 000 fois plus grand que son noyau. Le noyau d'hydrogène est le plus petit noyau car il se compose d'un seul proton. C'est 1,75 femtomètres (1,75 x 10^-15 m). L'atome d'uranium, en revanche, contient de nombreux protons et neutrons. Son noyau est d'environ 15 femtomètres.

Disposition des protons et des neutrons

Les protons et les neutrons sont généralement représentés comme compactés ensemble et régulièrement espacés en sphères. Cependant, il s'agit d'une simplification excessive de la structure réelle. Chaque nucléon (proton ou neutron) peut occuper un certain niveau d'énergie et une gamme d'emplacements. Bien qu'un noyau puisse être sphérique, il peut également être en forme de poire, en forme de ballon de rugby, en forme de disque ou triaxial.

Les protons et les neutrons du noyau sont des baryons composés de petites particules subatomiques, appelées quarks. La force forte a une portée extrêmement courte, donc les protons et les neutrons doivent être très proches les uns des autres pour être liés. La force puissante attrayante surmonte la répulsion naturelle des protons similaires chargés.

Hypernoyau

En plus des protons et des neutrons, il existe un troisième type de baryon appelé hyperon. Un hyperon contient au moins un quark étrange, tandis que les protons et les neutrons sont constitués de quarks de haut en bas. Un noyau qui contient des protons, des neutrons et des hyperons est appelé un hypernoyau. Ce type de noyau atomique n'a pas été vu dans la nature mais s'est formé lors d'expériences de physique.

Halo Nucleus

Un autre type de noyau atomique est un noyau halo. Il s'agit d'un noyau central entouré d'un halo en orbite de protons ou de neutrons. Un noyau de halo a un diamètre beaucoup plus grand qu'un noyau typique. Il est également beaucoup plus instable qu'un noyau normal. Un exemple de noyau halo a été observé dans le lithium-11, qui a un noyau composé de 6 neutrons et 3 protons, avec un halo de 2 neutrons indépendants. La demi-vie du noyau est de 8,6 millisecondes. On a vu que plusieurs nucléides ont un noyau halo lorsqu'ils sont à l'état excité, mais pas lorsqu'ils sont à l'état fondamental.

Sources:

•  M. May (1994). "Résultats et directions récents en physique hypernucléaire et kaon". Dans A. Pascolini. PAN XIII: Particules et noyaux. World Scientific. ISBN 978-981-02-1799-0. OSTI 10107402
• W. Nörtershäuser, Rayons de charge nucléaire de Be et du noyau à un neutron Halo Be, Lettres d'examen physique, 102: 6, 13 février 2009,