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Centrale nucléaire Isar, Allemagne

Piscine de combustible nucléaire usé

Turbine d'une centrale nucléaire

Isotope

Isotope

Les isotopes sont des atomes dont les noyaux atomiques ont le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons. Tous les atomes d'un même élément ne sont pas identiques et chacune de ces variétés correspond à un isotope différent.

Chaque isotope du même élément a le même numéro atomique (Z) mais chacun a un nombre de masse différent (A). Le numéro atomique correspond au nombre de protons dans le noyau atomique de l'atome. Le nombre de masse correspond à la somme des neutrons et des protons dans le noyau. Cela signifie que différents isotopes d'un même atome ne diffèrent les uns des autres que par le nombre de neutrons.

Les éléments que l'on peut trouver dans la nature peuvent être configurés dans une grande variété d'isotopes différents. La masse qui apparaît dans le tableau périodique des éléments est la moyenne de toutes les masses de tous les isotopes que l'on peut trouver naturellement.

Tableau périodique des éléments

Chaque atome peut avoir n'importe quelle quantité de neutrons. Les différentes combinaisons de neutrons et de protons impliquent des différences dans les forces de cohésion des noyaux isotopes. Ainsi, bien qu'ils puissent contenir n'importe quelle quantité de neutrons, certaines combinaisons de protons et de neutrons sont préférées dans les différents isotopes.

Les isotopes légers (avec peu de protons et de neutrons) ont tendance à correspondre à la quantité de neutrons et de protons, tandis que les isotopes lourds ont généralement plus de neutrons que de protons.

Le fait que chaque isotope du même élément ait le même numéro atomique signifie qu'ils ont le même nombre de protons dans le noyau de l'atome. Les atomes d'un même élément ont le même nombre de protons et d'électrons mais peuvent avoir un nombre différent de neutrons.

On peut trouver des isotopes avec un excès ou un manque de neutrons. Ces atomes peuvent exister pendant un certain temps, mais ils sont instables. Les atomes instables sont radioactifs: leurs noyaux changent ou se désintègrent en émettant des radiations.

Isotopes instables

Habituellement, ce qui rend un isotope instable est le gros noyau. Si un noyau devient suffisamment grand de la quantité de neutrons, il sera instable et tentera d'expulser ses neutrons et / ou ses protons pour parvenir à la stabilité. L'émission de neutrons / protons, ainsi que de rayons gamma, est une radioactivité.

Les isotopes instables ont de nombreuses applications possibles dans nos vies. Premièrement, un isotope du cobalt est utilisé en médecine pour enrayer la propagation du cancer. Les isotopes radioactifs peuvent être utilisés comme traceurs chez les patients pour surveiller divers processus internes. Un isotope de l'iode a été utilisé pour détecter des tumeurs cérébrales. Outre la médecine nucléaire, dans l'industrie, les isotopes instables peuvent mesurer l'épaisseur du métal ou les utiliser pour produire de l'électricité, telles que des sources d'uranium ou de plutonium.

Cependant, ces isotopes instables peuvent être dangereux à fortes doses et difficiles à stocker, il est donc extrêmement important de limiter ou de décourager totalement le contact avec ces isotopes. Certains isotopes peuvent également avoir des énergies très élevées et libérer de grandes quantités d'énergie nucléaire lorsqu'ils se décomposent, ce qui crée un risque potentiellement destructeur.

Comment les différents isotopes d'un élément sont-ils représentés?

L'uranium est présumé dans une grande variété d'isotopesIl y a deux manières de les représenter: selon la notation scientifique et selon la notation symbolique.

  • Notation scientifique des isotopes: les isotopes sont identifiés par le nom de l'élément chimique suivi du nombre de protons et de neutrons de l'isotope. Par exemple, les trois isotopes les plus courants de l'uranium utilisé comme combustible nucléaire seraient représentés comme suit: U-235, U-235 et U-238
  • Notation symbolique des isotopes: le nombre de nucléons (protons et neutrons) est indiqué comme préfixe en exposant du symbole chimique. Dans le cas des trois isotopes d'uranium précédents, il s'agirait de 234 U, 235 U et 238 U

Découverte isotopique

L'existence d'isotopes a été découverte à la suite de l'étude sur les substances radioactives naturelles. Le nom d'isotope a été proposé par F. Soddy en 1911. Soddy a constaté l'égalité de ses propriétés chimiques.

La plupart des éléments naturels sont formés de plusieurs isotopes qui ne peuvent être séparés que par des procédés physiques (diffusion, centrifugation, spectrométrie de masse, distillation fractionnée et électrolyse).

On peut classer les isotopes comme stables, avec une demi-vie de l'ordre de 3 milliards d'années, et instables ou radioactifs, qui émettent des radiations et deviennent d'autres isotopes ou éléments. Ces derniers sont utilisés pour obtenir de l'énergie électrique235 U, 239 Pu) par des réactions de fission nucléaire, pour la datation ( 14 C, 40 K), en médecine nucléaire à des fins diagnostiques et thérapeutiques, dans des appareils de mesure, etc.

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Dernier examen: 28 novembre 2019