How big is Noyau de chlore?

Un noyau de chlore est le centre d'un atome de chlore. Il contient 17 protons et, selon les deux formes qui composent le chlore naturel, 18 ou 20 neutrons. Le noyau de la forme la plus courante, le chlore 35, mesure environ 6,7 femtomètres de diamètre, une valeur égale au double de son rayon de charge. Un femtomètre est un millionième de milliardième de mètre (10⁻¹⁵ mètre).

Taille

Un noyau n'a pas de bord net : sa taille est donc donnée sous la forme d'un rayon de charge, le rayon moyen de sa charge électrique. Pour le chlore 35, une table des rayons nucléaires tenue par l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) indique 3,365 femtomètres. Une mesure plus précise, signalée en 2026 et fondée sur des atomes où une particule plus lourde appelée muon prend la place d'un électron, a donné 3,333 femtomètres. Ces deux valeurs donnent un noyau d'environ 6,7 femtomètres de diamètre.

Les atomes d'un même élément qui n'ont pas le même nombre de neutrons sont appelés des isotopes. Le chlore 37 a deux neutrons de plus que le chlore 35, mais son noyau est moins de 1 % plus large. Environ les trois quarts du chlore présent sur Terre sont du chlore 35.

Comme la plupart des noyaux comptant plus de 15 protons, le noyau de chlore a plus de neutrons que de protons. Les protons se repoussent mutuellement du fait de leur charge électrique, et les neutrons en surnombre aident la force nucléaire forte à maintenir le noyau uni.

Comparaisons de taille

Un noyau de chlore 35 est environ quatre fois plus large qu'un seul proton, qui mesure environ 1,7 femtomètre de diamètre.
Il est environ deux fois plus large qu'un noyau d'hélium, qui mesure environ 3,4 femtomètres de diamètre.
Un noyau d'uranium contient 6,8 fois plus de protons et de neutrons, mais il est moins de deux fois plus large.
Dans une molécule de chlore gazeux, les noyaux des deux atomes sont séparés de 0,199 nanomètre, soit environ 30 000 fois la largeur de l'un ou l'autre noyau. Un nanomètre est un milliardième de mètre.
Si ces deux noyaux étaient agrandis à la taille de ballons de basket, ils seraient séparés d'environ 7 kilomètres.

Détecter les neutrinos du Soleil

Des noyaux de chlore 37 ont servi à détecter des neutrinos venus du Soleil, des particules qui traversent presque toute matière. Très rarement, un neutrino qui frappe un noyau de chlore 37 transforme l'un de ses neutrons en proton. Le noyau devient alors de l'argon 37, un isotope radioactif dont la demi-vie est de 35 jours, soit le temps nécessaire pour que la moitié d'un échantillon se désintègre.

Dans les années 1960, Raymond Davis Jr. a installé une cuve de 615 tonnes de tétrachloroéthylène, un solvant de nettoyage courant, dans une mine d'or du Dakota du Sud. Elle contenait environ 2 × 10³⁰ atomes de chlore 37, soit un 2 suivi de 30 zéros. En 1994, il en avait extrait environ 2 000 atomes d'argon, moins que prévu. Davis a partagé le prix Nobel de physique 2002 pour ces travaux.