Isotopes

De nombreux éléments existent à l’état naturel sous forme d’un mélange de deux ou plusieurs isotopes. Les isotopes sont des atomes d’un même élément qui contiennent un nombre identique de protons (même nombre atomique Z) mais avec un nombre de neutrons différent (nombre de masse différent).

Autrement dit, des atomes d’un même élément ayant des masses différentes sont isotopes (Figure 9).

• Si vous ajoutez un proton dans un atome vous créez un nouvel élément.
• Si vous ajoutez un neutron dans un atome, vous créez un nouvel isotope du même élément.

Figure 9. Isotopes de l’hydrogène et de l’hélium

La plupart des éléments se présentent sous forme de mélanges d’isotopes. Le pourcentage de chaque isotope d’un élément tel qu’il apparait à l’état naturel, est appelé abondance naturelle.

Comme on peut s’y attendre, la présence de plusieurs isotopes d’un même élément, explique que cet élément possède différentes masses. Si l’on observe le tableau périodique des éléments, on remarque que seule une masse est donnée pour chaque élément. Comment peut-il y avoir une seule masse si il y a plusieurs isotopes pour un élément ?

La réponse est que la masse des éléments donnés dans le tableau périodique est en fait une moyenne pondérée de toutes les masses isotopiques pour cet élément qui tient compte du pourcentage de chaque isotope présent dans la nature.

Par exemple, un échantillon de carbone pur terrestre on trouvera :

99,89 % de ¹²C et

1,11 % de ¹³C

Ainsi, la masse moyenne du carbone est :

(0,9889)(12,00000 uma ¹²C ) + (0,0111)(13,0039 uma ¹³C ) = 12,011 uma

Le chlore naturel comprend deux isotopes : 75,77% de ³⁵Cl et 24,23% de ³⁷Cl. Ces proportions sont quasi indépendantes de la source dont provient le chlore. Autrement dit, le chlore obtenu à partir de gisement salins d’Afrique, d’Australie, ou bien des Etats Unis, a quasiment la même composition isotopique que celle donnée ici. La masse atomique du chlore est la moyenne pondérée des masses de chaque isotope, chacune de celle-ci étant multipliée par son abondance naturelle exprimée en fraction massique.

Masse atomique du chlore = 34,97 x 0,7577 + 36,97 x 0,2423 = 35,45 uma

L’abondance natuelle du ⁶³Cu est de 69,09 % et celle du ⁶⁵Cu est de 30,19 %. Si la masse atomique du ⁶³Cu est de 62,93 amu et celle du ⁶⁵Cu de 64,93 amu, quelle est la masse atomique moyenne du cuivre naturel ?

(0,6909)(62,93 uma ⁶³Cu ) +

(0,3091)(64,93 uma ⁶⁵Cu ) = 63,55 uma