En chimie, le nombre de masse indique que : "le nombre de masse d'un atome est la somme du nombre de protons et de neutrons dans le noyau atomique". Dans ce cas, le nombre d'électrons autour du noyau n'est pas pris en compte.
Les neutrons et les protons sont les deux particules subatomiques qui composent les noyaux atomiques des éléments chimiques. C’est la raison pour laquelle on les appelle nucléons. De cette manière, le nombre de masse est le nombre de nucléons.
Ne confondez pas le numéro atomique d'un élément avec son nombre de masse. Dans ce cas, le numéro atomique est le nombre qui indique uniquement le nombre de protons dans le noyau.
Composition d'un atome
Les atomes sont composés de protons, de neutrons et d'électrons. Les protons et les neutrons sont dans le noyau, qui est entouré d'électrons.
Le nombre de protons dans un atome détermine son élément. De plus, le nombre de neutrons dans un atome détermine son isotope.
Par exemple, tous les atomes à 6 protons sont des atomes de carbone. Les isotopes sont des atomes d'un même élément qui ont des nombres de neutrons différents. Par exemple, un atome de carbone a deux isotopes communs : 12C (6 protons et 6 neutrons) et 13C (6 protons et 7 neutrons présents dans le noyau).
Un électron (chargé négativement) a la même charge électrique qu'un proton (chargé positivement). Sachant que le neutrons est une particule électriquement neutre, un atome neutre implique qu'il a le même nombre de protons et d’électrons.
La formule du nombre de masse
La valeur du nombre de masse peut être calculée avec la formule suivante :
Nombre de masse (A) = numéro atomique (Z) + nombre de neutrons (N).
Le numéro atomique est le nombre total de protons dans le noyau. Ce numéro est unique pour chaque élément chimique du tableau périodique moderne. De plus, les éléments chimiques sont classés selon ce numéro dans le tableau périodique.
Un isotope est une variante d'un élément avec un nombre différent de neutrons dans son noyau.
Représentation du nombre de masse d'un atome
Le nombre de masse d'un atome est représenté par un exposant à gauche du symbole de l'élément, par exemple, 206Pb. La notation Pb-206 est également utilisée.
Cette chaleur peut être représentée par la lettre A (qui vient de l'allemand Atomgewicht). Le tableau périodique des éléments chimiques répertorie la masse atomique de l' isotope le plus stable .
Différence entre le nombre de masse et la masse atomique
Selon la définition du nombre de masse, c'est la somme des protons et des neutrons dans un atome. Cependant, tous les atomes d'un même élément chimique n'ont pas le même nombre de neutrons, comme c'est le cas par exemple pour l'uranium.
Au lieu de cela, la masse atomique est une valeur moyenne qui tient compte des différents isotopes de l'élément et de leurs abondances relatives.
Masse atomique relative
D'autre part, la masse atomique (relative) d'un élément est une moyenne pondérée sur les nombres de masse des isotopes de l'élément. La pondération est basée sur la présence relative des isotopes dans la nature.
Unité de masse atomique
Les unités amu (unité de masse atomique unifiée) sont utilisées pour exprimer la masse des atomes et des molécules. L'amu est une unité de masse standard définie comme un douzième (1/12) de la masse d'un atome de carbone 12, non lié et neutre dans son état fondamental. Par conséquent, la masse atomique d'un atome de carbone est de 12 amu.
On peut calculer la masse d’un atome multipliant le protons et les neutrons, c'est-à-dire, les nucléons (A) par la masse des protons et neutrons, multipliant le nombre des nucléons par sa masse. La masse des électrons est pratiquement négligeable.
Importance du nombre de masse
Cette propriété est essentielle pour plusieurs raisons :
Détermination de l'identité de l'élément
Le nombre de masse est une caractéristique unique de chaque isotope d'un élément. Changer le nombre de masse changera l'identité de l'isotope et donc de l'élément lui-même. Ceci est important pour classer et distinguer les différents éléments du tableau périodique.
Propriétés chimiques et réactivité
Bien que le nombre de masse n'influence pas directement les propriétés chimiques d'un atome (qui sont principalement liées à sa configuration électronique), il a un impact indirect sur la stabilité et la réactivité d'un isotope.
Les isotopes avec des nombres de masse très élevés ou très faibles par rapport à la moyenne peuvent être instables et subir une désintégration radioactive, ce qui peut influencer la façon dont ils interagissent avec d'autres atomes dans les réactions chimiques.
Masses atomiques relatives
Le nombre de masse est également utilisé pour calculer la masse atomique relative d'un élément en fonction de ses isotopes et de leurs abondances relatives dans la nature. Cette information est importante en chimie et en physique pour les calculs stoechiométriques et dans diverses applications scientifiques.
Applications en physique nucléaire
En physique nucléaire, le nombre de masse est un facteur clé de la stabilité et des propriétés nucléaires des noyaux atomiques. Il affecte l'énergie de liaison nucléaire, qui est essentielle pour comprendre la fission, la fusion nucléaire et d'autres processus nucléaires.
Datation radioactive
La désintégration radioactive de certains isotopes est directement liée à leur nombre de masse. Ces processus sont utilisés dans la datation radioactive pour déterminer l'âge des matériaux archéologiques, géologiques et environnementaux, fournissant des informations précieuses sur l'histoire de la Terre et d'autres objets célestes.
Technologies et applications industrielles
Comprendre les nombres de masse et les propriétés des isotopes est essentiel dans les applications technologiques telles que la production d'énergie nucléaire, la médecine nucléaire, la radiothérapie et l'inspection radiographique.
Exemples de nombres de masse
Vous trouverez ci-dessous un tableau avec certains isotopes pertinents dans le contexte de l'énergie nucléaire, ainsi que leurs numéros atomiques et leurs nombres de masse :
|
Isotope |
Symbole |
Numéro atomique (Z) |
Nombre de masse (A) |
|
uranium-235 |
U-235 |
92 |
235 |
|
uranium-238 |
U-238 |
92 |
238 |
|
plutonium-239 |
Pu-239 |
94 |
239 |
|
plutonium-240 |
Pu-240 |
94 |
240 |
|
Thorium-232 |
e-232 |
90 |
232 |
|
strontium-90 |
sr-90 |
38 |
90 |
|
césium-137 |
cs-137 |
55 |
137 |
|
Tritium (H-3) |
H-3 |
1 |
3 |
|
Deutérium (H-2) |
H-2 |
1 |
2 |
|
hélium-4 |
He-4 |
2 |
4 |
|
Neptunium-239 |
np-239 |
93 |
239 |
Ces isotopes sont importants dans l'énergie nucléaire en raison de leurs propriétés de fission, de fusion et de radioactivité, qui sont essentielles pour la production d'électricité et d'autres applications nucléaires.