Les
réactions nucléaires mettent en jeu des quantités énormes d’énergies.
Soit
la réaction nucléaire suivante :
63Li
+
11H
--->
32He
+
42He
Masse atomique :
6.01512
1.00782
3.01603
4.00260
On
peut remarquer que la masse totale n’est pas la même
dans les deux membres de l’équation. La masse totale des réactifs est de
7.02294 uma ou u (unité de masse atomique), tandis que celle des produits ne vaut
que 7.01863 uma ou u. La différence de masse Δm
est :
Δm
= (3,01603uma + 4,00260 uma) - (6,01512 uma + 1,00782 uma)
= - 0,00431 uma ou u
Cette quantité de masse est perdue lorsqu’un seul noyau 63Li réagit avec un proton.
Si on calcule la masse ainsi perdue à l’échelle de la
mole, on obtient :
Δm
= (- 0,00431 u) . (1,66 . 10-27 kg.u-1)(6,022 .
1023
atomes.mol-1)
=
- 4,31 . 10-6 kg.mol-1
avec
1 u = 1.66 * 10-27 kg.u-1
Jusqu’ici,
nous avons toujours supposé qu’il y a conservation des masses lors d’une réaction
chimique, pourtant, dans cette réaction nucléaire il y a
une divergence de masse conséquente, se situant bien au-delà de toute
erreur expérimentale.
L’explication
est que la masse manquante à été transformée en énergie. La relation
reliant la masse et l’énergie est donnée par la relation d’Einstein :
E
= mc²
E
représente l’énergie, m la masse et c la vitesse de la lumière
Etant
donné qu’on se préoccupe de variations d’énergie, on a :
ΔE
= ΔU = c² Δm
U
est le symbole utilisé en thermodynamique pour désigner l’énergie
ΔU
= (9.00 * 1016 m²s-²) Δm
La
masse perdue au cours de la réaction est de
-4.31
* 10-6 kg.mol-1
donc,
ΔU
= c² Δm
=
(9,00 . 1016 m².s-²) . (- 4,31 . 10-6
kg.mol-1)
= - 3,88 . 1011 J.mol-1
1
joule correspondant à 1 kg.m²s-²
