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Identifier des isotopes

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Objectifs
  • Identifier des atomes isotopes.
  • Connaitre ce qui distingue les isotopes.
  • Savoir qu’il existe des isotopes stables ou radioactifs, naturels ou artificiels.
Points clés
  • Les isotopes d’un élément sont des atomes qui ont le même nombre de protons (et donc d’électrons) et un nombre de neutrons différent.
  • Il existe des isotopes stables ou radioactifs, naturels ou artificiels.
  • Deux atomes sont des isotopes si ils ont :
    • le même nombre de protons ;
    • le même nombre d’électrons ;
    • le même symbole ;
    • la même charge positive dans le noyau ;
    • la même charge négative dans le cortège électronique.
Pour bien comprendre
  • Atomes, molécules, ions
  • Dénombrer les électrons, protons et neutrons d’un atome connaissant son symbole
  • Les charges électriques dans l’atome
1. Qu'est-ce qu'un isotope ?
a. L'écriture conventionnelle d'un élément chimique (rappel)
Un élément chimique est caractérisé par son numéro atomique Z, qui correspond à son nombre de protons Z.
Exemple
Z = 17 correspond à l’élément chlore.

Le noyau d’un élément chimique se note sous la forme suivante.


Le symbole d’un noyau
Exemple
Le symbole de l’atome de chlore est , Z = 17 correspond à son nombre de protons et A = 35 correspond à son nombre de nucléons (protons + neutrons).
b. La définition d'un isotope
Les isotopes d’un élément sont des atomes qui ont :
  • le même nombre de protons (et donc d’électrons) ;
  • un nombre de neutrons différents.

Les isotopes d’un élément chimique ont le même numéro atomique Z mais des nombres A différents.

Exemple
L’hydrogène a trois isotopes : l’isotope le plus présent dans l’univers se nomme « hydrogène ». Les deux autres isotopes sont le deutérium et le tritium.

Ces trois isotopes ont bien le même nombre de proton (1) et donc d’électron (1) : c’est leur nombre de neutrons qui les distingue.

Principe
Compte tenu des propriétés des atomes, deux atomes sont des isotopes si :
  • ils ont le même nombre de protons ;
  • ils ont le même nombre d’électrons ;
  • ils ont le même symbole ;
  • ils ont la même charge positive dans le noyau ;
  • ils ont la même charge négative dans le cortège électronique.

Certains isotopes existent à l’état naturel et d’autres sont artificiels (ils ont été fabriqués par l’homme).

Exemples
  • Les carbone 12, carbone 13 et carbone 14 sont trois isotopes naturels du carbone.
  • Les uranium 232, uranium 233 et uranium 236 sont trois isotopes artificiels fabriqués pour la production d’énergie ou l’armement.
c. Place des isotopes dans le tableau périodique et nommage

Étymologiquement, le terme isotope vient du grec « isos » qui signifie « égal » et « topos » qui signifie « lieu ».

Les isotopes d’un même élément chimique se trouvent au même endroit dans le tableau périodique.

L’isotope  écrit dans le tableau périodique est celui qui est le plus abondant dans l’univers.

Pour nommer un isotope, on donne le nom de l’élément suivi du nombre A de nucléons.

Exemple
Le carbone 14 est l’isotope du carbone qui possède 14 nucléons.
2. Les propriétés des isotopes
a. Les propriétés chimiques et physiques

Les isotopes ont le même cortège électronique, ils ont donc les mêmes propriétés chimiques :

  • ils ont la même réactivité chimique, c’est-à-dire la même capacité à participer à des réactions chimiques ;
  • ils forment les mêmes ions stables ;
    Exemple
    Le fer 57 (le plus abondant) et le fer 54 sont deux isotopes qui peuvent former l’ion Fe2+.
  • ils forment le même nombre de liaisons avec d’autres atomes.
    Exemple
    Tous les isotopes du carbone sont tétravalents, ils forment 4 liaisons.

Ils n’ont cependant pas la même masse (car ils ont un nombre de nucléons différent) ce qui leur confère des propriétés physiques différentes (température d’ébullition, de fusion, etc.).

Exemple
Le deutérium est deux fois plus lourd que l’hydrogène.
b. Les isotopes stables ou instables
Certains isotopes sont stables tandis que d’autres sont instables – autrement dit, ils sont radioactifs : ils se désintègrent petit à petit en émettant des radiations.
Exemples
  • Le carbone 12 et le carbone 13 sont stables tandis que le carbone 14 est radioactif. On se sert de cette propriété pour la datation de matières organiques.
  • L’uranium possède 17 isotopes naturels qui sont tous instables.
Remarque
Les isotopes instables sont appelés des radionucléides ou radioisotopes.

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