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Lettre de Kasuku  N°2

 

Qu'est-ce qu'un isotope ?

 

Combien un atome pèse-t-il ?

À quelques exceptions près, la plupart des atomes d'une même famille ont le même poids. Par contre, entre individus de familles différentes, les poids diffèrent notablement. Le poids atomique est donc une des caractéristiques de chaque famille d'atomes. Si nous pesons le plus léger d'entre eux, le petit Hydrogène, nous obtenons: 0,00000000000000000000000166 grammes, ce qui est évidemment bien peu!

 

 

Le poids des atomes s’échelonne entre 1 gron  pour le petit Hydrogène et 238 grons pour le pesant Uranium.

Aussi, pour éviter de manipuler des nombres si encombrants, le bureau des poids et mesures du Pays des Atomes a choisi comme unité de référence le gron, qui est précisément le poids d’un atome d’hydrogène.  Et maintenant, si nous pesons les autres atomes, une surprise nous attend: leur poids est presque toujours un multiple entier de celui de Monsieur Hydrogène! Par exemple, Madame Oxygène est 16 fois plus pesante que Monsieur Hydrogène, et Monsieur Calcium 40 fois. En examinant les poids de tous les atomes, on constate que ceux-ci s'échelonnent entre 1 gron pour l'Hydrogène et 238 grons pour l'Uranium.

Certains atomes ne font pas le poids

Dans le monde des atomes rien n'est vraiment parfait. Ainsi, on trouve à l'intérieur d'une même famille certains individus qui "ne font pas le poids". Dans la famille Uranium quelques individus ne pèsent que 235 grons au lieu des 238 que pèse habituellement la majorité d'entre eux. Ils ne sont  pas très nombreux et ne représentent que 0.7 % des membres de la famille. Toutefois ils sont très recherchés des Terriens qui en ont besoin pour leurs centrales nucléaires. 

Les membres d'une même famille qui présentent ainsi des poids un peu différents les uns des autres sont appelés isotopes. Dans beaucoup de familles on trouve de tels isotopes qui pèsent un peu moins ou un peu plus que la majorité des individus. Mais ils n'existent généralement qu'en faible quantité. 

Toutefois, dans certaines familles ils peuvent être tout de même abondants. Chez les frères Cuivre, par exemple, la scission est très marquée : 30% d'entre eux ont un poids de 65 grons alors que les autres n'en pèsent que 63. Cependant, malgré cette différence de poids, le comportement social de tous les isotopes d'une même famille reste exactement le même et, chimiquement, on ne peut pas les distinguer les uns des autres.

 

 

 

Certains membres de la famille Cuivre ne font pas le poids !

Les neutrons sont les responsables

Cette différence provient de la composition de leur noyau. Les membres de la famille Cuivre ont tous 29 protons auxquels s'ajoutent pour certains d'entre eux 34 neutrons et pour d'autres 36 neutrons. Sur le plan chimique leurs propriétés sont absolument identiques.  On les prénomme 63Cu et 65Cu. Dans la nature, le cuivre est constitué de 69% de l'isotope 63Cu et 31% de l'isotope 65Cu. Le poids atomique du cuivre qui figure dans le tableau périodique est 63.5473, une moyenne pondérée des poids de 63Cu et 65Cu.

Poids moyen pondéré de 63Cu : 62.9298  x  69.09  %    =  43.4782

Poids moyen pondéré de 65Cu : 64.9278  x  30.91 %     =  20.0691

Poids atomique moyen du mélange naturel 63Cu/65Cu  =  63.5473

 

 

 

 

 

 

 

Certains membres de la famille Cuivre manquent de neutrons.

 

Les isotopes les plus connus dans le public sont le carbone 14 (14C) qui est utilisé pour dater certains objets préhistoriques, le cobalt 60 (60Co) utilisé en médecine et l'uranium 235 (235U) utilisé dans les centrales nucléaires conventionnelles.

Comment distinguer les isotopes entre eux ?

La chimie ne peut distinguer entre eux les divers isotopes d'un même élément. Aussi doit-on recourir à un procédé physique : la spectrométrie de masse. A l'intérieur du spectromètre de masse, les atomes sont accélérés puis déviés de leur trajectoire par un aimant puissant. L'angle de déviation dépend de la masse de chaque isotope. Un système de comptage permet d'établir les quantités relatives de chacun d'eux.

Le spectrographe de masse permet de séparer les isotopes les uns des autres. Dans l'exemple présent, on mesure les proportions des divers isotopes du plomb.

 

Pour en savoir plus : https://kasuku.ch/le-monde-des-atomes/