Devoir Chimie: l'énergie de rayonnement du soleil

L'énergie du rayonnement émis par le soleil a pour origine la fusion nucléaire de l'hydrogène. Les physiciens essaient de réaliser la même réaction en la contrôlant. Les physiciens essaient de réaliser la même réaction en la contrôlant. Maîtriser sur Terre la fusion des noyaux légers à des 'fins de production d'énergie mettrait à disposition de l'Homme des ressources quasiment illimitées, ce qui pourrait résoudre les problèmes à venir que provoquera la baisse inéluctable des réserves pétrolières. Tel est l'objectif des recherches engagées par les grandes nations industrielles avec le projet ITER, réacteur expérimental de fusion nucléaire.

Données :

Le neutron 10n est noté n.

Suivant la tradition, on appelle deutérium d le noyau 21H et tritium t le noyau 31H.

On rappelle la valeur de l'unité de masse atomique u : 1 u =1,66054 10-27 kg.

On donne : m(d) =2,01355 u ; m(t)=3,01550 u ; m(42He) =4,00150 u ; m(n)= 1,00866 u.

Réaction deutérium tritium.

C'est la réaction la plus facile à déclencher. Elle fait l'objet d'importantes recherches. L'équation nucléaire en est :

21H + 31H =42He +10n

Quelle est la composition des noyaux de deutérium et de tritium ? Comment qualifie-t-on de tels noyaux ?

Deutérium : 1 proton et 1 neutron ; tritium : 1 proton et 2 neutrons ; ce sont des isotopes.

D'une façon générale, qu'appelle-t-on fusion nucléaire ?

La fusion nucléaire est une réaction au cours de laquelle deux noyaux légers s'unissent pour former un noyau plus lourd. La réaction se fait avec perte de masse et dégagement d'énergie.

Avant la fusion, le système est constitué d'un noyau de deutérium et d'un noyau de tritium. Après transformation, il est constitué des produits de la réaction nucléaire.

Calculer en unités de masse atomique la masse du système avant et après la fusion. Que peut-on déduire de la comparaison de ces deux valeurs ?

Variation de masse au cours de la réaction de fusion d'un noyau de deutérium et d'un noyau de tritium :

Après fusion : m(42He) + m(10n) = 4,00150+1,00866 =5,01016 u

Avant fusion : m(31H) + m(21H) = 3,01550+2,01355 =5,02905 u

Dm= m(42He) + m(10n) - m(31H) - m(21H)

Dm=4,00150+1,00866-3,01550-2,01355 = -1,889 10-2 u

-1,889 10-2 *1,66054 10-27 = -3,13676 10-29 kg.

La masse des produits est inférieure à celle des réactifs ; la masse est une forme de l'énergie : le signe négatif traduit la libération d'énergie dans le milieu extérieur.

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