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#8.     Ions Positifs

La matière est faite d'atomes. De même chaque atome est composé de composants chargés électriquement:

  • un noyau central positif où est concentré la plus grande partie de la masse de l'atome, et
  • un ou des électrons négatifs.
Le noyau et les électrons sont solidarisés par l'attraction électrique des charges positives (+) et négatives (-). Pour tous les atomes, les deux charges sont exactement équilibrées, de sorte que vis-à-vis du monde extérieur l'atome est électriquement neutre.

Les ions aident les gaz à conduire l'électricité

Si un atome est frappé par une particule rapide, par exemple émise par un matériau radioactif ou par absorption de lumière, un électron peut être éjecté au loin. Il reste un atome positivement chargé, appelé "ion," et le processus est connu comme "ionisation."

Si ces processus se produisent dans l'air, ils génèrent des ions libres et des électrons, qui peuvent se déplacer et porter un courant électrique, ce que les atomes neutres ne peuvent faire. L'air est habituellement un excellent isolant électrique, mais en présence d'une ionisation, les charges électriques peuvent s'y écouler.

L'Electroscope

Cet écoulement a été utilisé, vers 1900, pour la détection des émissions radioactives et la mesure de leur intensité. Le schéma ci-dessous montre un instrument de base pour cette application. C'est un électroscope et il est composé de deux feuilles métallique parallèles, protégées du vent car enfermées dans une boîte de métal aux fenêtres transparentes et reliées à une tige de métal isolée de la boîte et pointant à l' extérieur (dessin).

Quand le plateau au bout de la tige est chargé électriquement (par exemple en le frottant avec un tissu sec), les feuilles s'écartent, puisqu'elles sont repoussées par des charges électriques de même signe. Cependant, si on présente une substance radioactive, les charges électriques quittent la boîte et les feuilles se rejoignent graduellement.

Différentes sortes d'ions

L'hydrogène, l'atome le plus simple, ne possède qu'un électron. Si cet électron est enlevé, on obtient l'ion positif le plus simple, un"proton"; qui est comme l'électron, une particule fondamentale, mais 1836 fois plus lourd. Le symbole chimique de l'hydrogène étant H, pour le proton c'est H+.

L'atome suivant, plus lourd, est l' hélium (symbole chimique He) avec deux électrons. Son noyau présente deux protons mais aussi deux neutrons, particules semblables au proton mais sans charge électrique. Le soleil tire son énergie par recombinaison des protons de l'hélium du noyau du soleil (au cours de ce processus certains deviennent des neutrons). Puisque le noyau d'hélium est une combinaison exceptionnellement stable de particules, ce processus est source d'énergie.

L'atome d'hélium complètement ionisé He++ ( manquent les deux électrons) est aussi dénommé "particule alpha" (voir la section histoire. Dans le soleil et la plupart des étoiles, l'hydrogène est l'élément le plus abondant avec l'hélium , le suivant. Donc le vent solaire est avant tout constitué de protons, avec 5% de particules alpha et un nombre restreint d'ions plus lourds.

Les rayons cosmiques ont une composition assez semblable : il s'agit d'un voile très mince d'ions, se déplaçant presque à la vitesse de la lumière, qui bombardent la terre en toutes directions ; ils sont probablement présents dans toute notre galaxie mais leur origine est incertaine. .

Il faut dire qu'en plus de ces ions "atomiques", il existe aussi des ions moléculaires d'un signe ou de l'autre, se formant lorsqu'une molécule intacte perd ou gagne un électron. Cela se produit en particulier dans les processus ionosphériques.

Nuages ionisés du baryum

Un atome peut s'ioniser par absorption de lumière. l'atome du baryum s' ionise particulièrement facilement, parce que son électron extérieur est très faiblement lié. Si dans l'espace une masse de baryum tourne à l'état de vapeur, devenant un nuage de baryum, en moins d'une minute la plus grande partie de celle-ci s'ionise sous l'effet de la lumière du soleil. Le nuage se déplace alors en réponse aux forces électriques de l'espace, et on peut en profiter pour étudier le champ électrique de celui-ci.

En pratique le baryum est enfermé avec de l'oxyde de cuivre dans des boîtes métalliques, qui sont libérées à partir des fusées ou des satellites mis à feu. Il en résulte une réaction chimique et une grande chaleur, mais il y a du baryum en excès dans la boîte métallique dont une partie est vaporisée et forme un grand nuage sphérique et verdâtre.
Normalement cette libération est effectuée juste après le coucher du soleil ou juste avant le lever du soleil, pour que les boîtes métalliques éclatent en pleine lumière du soleil et que les observateurs sur la terre puissent observer le nuage sur fond de ciel foncé : ils observent bientôt un nuage d'ion bleuâtre distinct d'un nuage vert, habituellement allongé dans la direction des lignes de champ magnétique, qui guident les ions.


La Composition En Charge d'AMPTE
satellite Explorer(CCE)

Quelques tirs de baryum ont eu lieu loin de la terre et ont été suivis au télescope. La mission AMPTE (Active Magnetospheric Particle Tracer Experiment), lancée en 1984, a libéré des nuages de baryum près du "nez" de la magnétosphère et dans sa queue. La mission AMPTE utilisait trois vaisseaux spatiaux, montré ici "empilés" pendant le lancement. Cliquez ici pour une version normale de cette image. De plus elle a libéré un nuage de baryum dans le vent solaire pour produire "une comète artificielle". Peu après que la formation du nuage, le champ magnétique du vent solaire l'a pris en charge et l'a orienté dans sa direction, un processus semblable à celui qui crée les queues ioniques des comètes (voir le vent solaire, l'histoire).

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Questions des lecteurs (anglaise):
.             ***     How are ions produced?

En savoir plus:

    Cette section commence par les mots "la matière "est faite d'atomes."." En fait, il a fallu environ un siècle, beaucoup d'expériences et quelques déductions intelligentes pour arriver à cette conclusion ! Il serait complètement impossible de dire l'histoire entière ici, mais vous pourriez consulter un bref croquis des étapes qui ont mené à la théorie atomique, une partie d'un cours différent destinée aux professeurs.

Prochaine étape: #8H.   Historique des Ions positifs

Mis à jour le 25 Novembre 2001
Re-structuré le 9-28-2004