Qu'est-ce qu'un atome ?

L'atome est la forme la plus élémentaire de la matière. On croyait que les atomes étaient les plus petites particules qui pouvaient exister lorsqu'ils ont été découverts pour la première fois. Le mot « atome » est dérivé du mot grec pour « indivisible » parce que quelque chose qui est déjà la plus petite taille possible ne peut pas être divisé.

Nous savons maintenant qu'il existe des particules plus petites que les atomes et que, malgré l'origine de leur nom, elles peuvent être divisées. Nous le savons parce que la division des atomes crée de l'énergie que nous récoltons grâce à un processus appelé fusion nucléaire.

Structure d'un atome

Chaque atome contient trois types de particules subatomiques : les électrons, les protons et les neutrons. Les protons et les neutrons forment le noyau au centre d'un atome, tandis que les électrons sont en mouvement constant autour du noyau. Les particules subatomiques sont constituées de particules encore plus petites appelées quarks. Les quarks sont si petits qu'ils ne peuvent pas être vus. Les scientifiques ne savent que les quarks existent en observant leurs effets sur les particules environnantes.

Ions

La plupart des atomes sont neutres sans charge électrique. Les atomes chargés électriquement sont appelés ions. La charge est déterminée par les protons et les électrons. Les protons sont chargés positivement et les électrons sont chargés négativement. Les atomes neutres contiennent un nombre égal de protons et d'électrons. Les cations sont chargés positivement car ils contiennent plus de protons. Les anions contiennent plus d'électrons, ils sont donc chargés négativement. Les ions peuvent être très différents des atomes neutres. Les ions sodium et les ions chlorure forment du sel, mais les atomes de sodium neutres s'enflamment lorsqu'ils entrent en contact avec l'eau. Les atomes de chlore neutres se combinent et forment un composé si dangereux que les villes sont évacuées lorsque des camions ou des trains transportant du gaz chlorure sont impliqués dans des accidents.

Le Big Bang

Le Big Bang qui a formé notre univers s'est produit il y a 13,7 milliards d'années. Le nouvel univers s'est agrandi et a doublé sa taille au moins 90 fois au cours de la toute première seconde d'existence. Les quarks et les électrons se sont formés et se sont répandus dans tout l'univers après les dix-millionièmes de seconde. Protons et neutrons combinés en noyaux 3 minutes après le Big Bang. Les chercheurs tentent de recréer le Big Bang dans de puissants collisionneurs de particules. Ils espèrent en apprendre davantage sur la matière et étudier la possibilité de réalités et de dimensions alternatives.

Les premiers atomes

Les premiers atomes se sont formés 380 000 ans après le Big Bang. Il a fallu autant de temps pour que l'univers se refroidisse suffisamment pour que les électrons en mouvement ralentissent. Les électrons les plus lents ont été capturés par les noyaux pour former des atomes. L'hydrogène et l'hélium sont les atomes les plus légers et ils ont été les premiers éléments formés.

Supernovae

Les premiers atomes formés étaient très légers, tandis que des atomes plus lourds se sont formés dans les étoiles. Certains types d'étoiles deviennent des supernovas lorsqu'elles meurent. Les supernovas produisent tellement d'énergie qu'elles éclipsent brièvement les galaxies. L'énergie se manifeste également comme une immense force explosive. La force générée par les supernovas a dispersé des atomes lourds dans tout l'univers.

Forces dans les noyaux atomiques

Les protons et les neutrons du noyau d'un atome sont maintenus ensemble par une force puissante. Les noyaux de certains atomes sont instables car la force de liaison n'est pas très forte. Les atomes instables se désintègrent et perdent des neutrons ou des électrons dans le but de devenir stables. Un atome instable devient un ion s'il perd ou gagne des électrons, mais il devient radioactif s'il perd des neutrons.

Isotopes

Les isotopes sont des versions d'un élément qui ont un nombre différent de neutrons. Les isotopes d'un même élément contiennent toujours le même nombre de protons. Le mot « isotope » vient de la racine grecque antique « isos » qui signifie « égal » et « topos » qui signifie «au même endroit». Le nom a été choisi car quel que soit le nombre d'isotopes d'un élément, ils occupent tous la même place dans le tableau périodique.

Tableau périodique

Le tableau périodique, également appelé tableau périodique des éléments, est un tableau affichant chaque élément chimique. Les éléments sont disposés en sept rangées, ou périodes, selon le numéro atomique. Tous les atomes ont au moins un proton. Le nombre de protons est le numéro atomique. Changer le nombre de neutrons crée des isotopes, mais changer le nombre de protons crée un élément entièrement différent.

Radioactivité

Un atome radioactif essaie d'atteindre un état stable en rejetant des protons et des neutrons ou en essayant de libérer de l'énergie sous d'autres formes. La radioactivité fait référence aux actions d'atomes instables qui émettent des radiations nucléaires. Le rayonnement provient de la désintégration radioactive dans le noyau. La désintégration se traduit par un isotope différent qui peut ou non être radioactif.

Uranium

L'uranium est le combustible nucléaire le plus répandu car il existe dans la nature. L'uranium 238 constitue la majorité de l'uranium naturel. Il n'est pas très radioactif en soi, mais il forme du plutonium 239 dans un réacteur nucléaire. L'uranium-235 est naturellement radioactif. Il est utilisé dans les réacteurs et les armes nucléaires, et il est souhaité par tous les pays utilisant l'énergie nucléaire ou essayant de fabriquer des armes car il peut être utilisé tel quel sans enrichissement. Seulement 0,7% de l'uranium naturel est de l'uranium-235, mais à une époque, il représentait 85% de tout l'uranium. Le déclin est dû au noyau instable de l'isotope, ce qui le rend si désirable en premier lieu.