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Le numéro atomique, la masse atomique et les isotopes
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Comment appelle-t-on les isotopes qui ne subissent pas de désintégration radioactive ?
Voici un atome. Celui-ci a un noyau composé de trois protons et trois neutrons ... Et autour du noyau il y a trois électrons. Un de ces "trois" nous informe que c'est un atome de lithium. Mais lequel de ces trois le détermine ?
Et s'il y avait un électron de moins? Alors, tu aurais un ion, mais ce serait toujours un ion du même élément, le lithium. Et s'il y avait un neutron de plus? Cela en ferait-il un autre élément? Non.
Il y a des atomes de lithium avec quatre neutrons, donc ce n'est pas non plus le facteur décisif. Mais si on retire ou ajoute un proton, ce n'est plus le même élément. C'est le nombre de protons qui détermine à quel élément appartient un atome. Il y a un nom spécial pour le nombre de protons dans un atome. On l'appelle le numéro atomique.
L'hydrogène a le numéro atomique un. Cela signifie qu'un atome avec un proton est toujours de l'hydrogène, peu importe le nombre de neutrons ou d'électrons qu'il possède. L'élément suivant est l'hélium avec le numéro atomique deux. Il a toujours deux protons. Ce sont donc les trois protons qui ont fait ça ...
Un atome de lithium. Le nombre de protons - le nombre atomique - détermine de quel élément il s'agit. Qu'en est-il du nombre de neutrons? Regardons ces deux versions de lithium. Si tu comptes le nombre total de particules dans le noyau, cet atome a trois protons plus quatre neutrons, soit un total de sept particules nucléaires.
Ce type d'atome de lithium est appelé "lithium-sept". L'atome de lithium avec trois neutrons a au total six particules nucléaires, c'est donc "lithium-six". Le lithium-7 et le lithium-6 sont deux isotopes du lithium. Ils ont le même nombre de protons, mais leur nombre de neutrons diffère. Le nombre de neutrons n'affecte pas beaucoup les propriétés chimiques, mais il donne à l'atome une masse différente.
C'est pourquoi le nombre de particules dans le noyau est appelé le nombre de masse. Tout comme le nombre atomique, le nombre de masse est toujours un nombre entier, puisque tu ne peux pas avoir 3.5 protons ou 1.2 neutrons. Y a-t-il plus d'isotopes de lithium que ces deux-là? Oui. Mais...
Ils ne sont pas stables. On peut les créer en laboratoire, mais ces autres isotopes du lithium sont de courte durée et ne peuvent pas être trouvés dans la nature. Certains éléments ont seulement un isotope stable. Le fluor, par exemple. Tous les atomes de fluor trouvés naturellement ont neuf protons et dix neutrons, de sorte qu'ils ont tous un nombre de masse de 19.
D'autres éléments ont une large gamme d'isotopes différents. L'étain détient le record, avec dix différents isotopes stables. Ils ont tous le même nombre de protons - 50, mais le nombre de neutrons peut varier entre 62 et 74! Il n'y a presque aucune différence dans le comportement chimique des isotopes. C'est seulement la masse qui diffère.
Parfois, tu dois connaître la masse moyenne de tous les atomes d'un élément. Pour ça on calcule le nombre d'atomes en pesant un échantillon. La masse moyenne est bien sûr déterminée par le mélange d'isotopes dans l'élément. Si de nombreux isotopes plus lourds sont présents, ça augmente leur masse moyenne. Le nombre de masse est le nombre de protons plus le nombre de neutrons, ou le nombre total de particules nucléaires.
Les atomes avec différents nombres de masse sont les isotopes de cet élément. La plupart des éléments sont un mélange d'isotopes différents. Le nombre atomique est le nombre de protons dans le noyau de l'atome. C'est ce qui détermine de quel élément il s'agit.