Questions et réponses
Une espèce atomique est définie par deux nombres entiers : le nombre de protons dans le noyau (appelé Z, ou numéro atomique) et le nombre total de protons plus les neutrons (appelé Z, ou numéro de masse).
Les isotopes sont les atomes d’un élément qui ont le même numéro atomique mais une masse atomique différente, c’est-à-dire le même nombre de protons et donc des propriétés chimiques identiques, mais un nombre différent de neutrons et donc des propriétés physiques différentes. Les isotopes peuvent être stables, instables ou radio-isotopes. Dans ce dernier cas, leurs noyaux ont une propriété particulière : ils émettent de l’énergie sous forme de rayonnement ionisant tout en recherchant une configuration plus stable.
Les isotopes sont les atomes d’un élément qui ont le même numéro atomique mais une masse atomique différente
Numéro atomique (Z) et numéro de masse (A)
Le numéro atomique définit l’élément chimique auquel appartient l’atome. Ainsi, quel que soit le nombre de neutrons qu’ils possèdent, tous les atomes dont le noyau comporte un proton sont des atomes d’hydrogène. Tous ceux qui ont huit protons sont des atomes d’oxygène, etc.
Le nombre de masse est le nombre entier le plus proche de la masse (exprimée en unités de masse atomique) de l’atome en question. Ainsi, tous les atomes ayant A = 2 ont une masse d’environ 2 unités de masse ; les atomes ayant A = 235 ont une masse d’environ 235 unités de masse atomique.
Annotation : AZX (où X est l’élément de l’atome)
Isotopes
Les isotopes (du grec isos = même et tópos = lieu) sont des atomes d’un même élément, dont les noyaux ont un nombre différent de neutrons et, par conséquent, diffèrent en masse. Autrement dit, ils ont le même numéro atomique (Z) mais des numéros de masse différents (A).
Par exemple, le carbone se présente dans la nature comme un mélange de trois isotopes de numéros de masse 12, 13 et 14 : 12C, 13C et 14C. Les quantités globales de carbone dans chacun d’eux sont respectivement de 98,99%, 1,11% et des traces.
La plupart des éléments chimiques possèdent plus d’un isotope, comme c’est le cas de l’étain, l’élément qui possède le plus grand nombre d’isotopes stables. Seuls 21 éléments, comme le béryllium et le sodium, possèdent un seul isotope naturel.
Types d’isotopes :
- Naturels : Ceux que l’on trouve naturellement dans la nature. Exemples : l’hydrogène possède trois isotopes naturels (protio, qui n’a pas de neutrons, deutérium, avec un neutron, et tritium, avec deux). Un autre élément contenant des isotopes très importants est le carbone, qui comprend le carbone 12, la base référentielle de la masse atomique dans tout élément ; le carbone 13, le seul carbone ayant des propriétés magnétiques, et le carbone 14 radioactif, très important puisque sa durée de vie moyenne est de 5 730 ans et qu’il est largement utilisé en archéologie pour déterminer l’âge des fossiles organiques.
- Artificiels : Ces isotopes, fabriqués dans les laboratoires nucléaires par bombardement de particules subatomiques, ont généralement une durée de vie courte, principalement en raison de leur nature instable et de leur radioactivité. Exemples : l’iridium 192, utilisé pour vérifier l’herméticité des soudures de tuyaux, notamment en ce qui concerne les tuyaux de transport de pétrole brut lourd et de carburants. Certains isotopes de l’uranium sont également utilisés pour des travaux nucléaires comme la production d’électricité.
Les isotopes sont également subdivisés en isotopes stables (il y en a moins de 300) et en isotopes instables ou radioactifs (il y en a environ 1 200). Le concept de stabilité n’est pas exact, car il existe des isotopes presque stables. C’est-à-dire que pendant un certain temps, ils sont instables et deviennent stables ou se transforment en d’autres isotopes stables.
La plupart des éléments chimiques possèdent plus d’un isotope, comme c’est le cas de l’étain, l’élément qui a le plus grand nombre d’isotopes stables
Radioisotope (aussi appelé radisotope)
Ce sont des isotopes radioactifs, car ils ont un noyau atomique instable (à cause de l’équilibre entre les neutrons et les protons) et émettent de l’énergie et des particules lorsqu’il change pour une forme plus stable. L’énergie libérée lors du changement de forme peut être mesurée avec un compteur Geiger ou avec un film photographique.
Chaque radio-isotope a une période de désintégration ou de semi-vie caractéristique. L’énergie peut être libérée principalement sous forme de rayons alpha (noyaux d’hélium), bêta, (électrons ou positrons), ou gamma (énergie électromagnétique).
Plusieurs isotopes radioactifs instables et artificiels ont des utilisations médicales. Par exemple, un isotope de technétium (99mTc) peut être utilisé pour identifier les vaisseaux sanguins obstrués. Divers isotopes radioactifs naturels sont utilisés pour déterminer des chronologies, comme le genre archéologique (14C).
Applications des radioisotopes
- Médecine : Diagnostic et traitement des maladies, stérilisation des produits fréquemment utilisés en milieu clinique et chirurgical, etc.
- Industrie et technologie : examen des matériaux et des soudures dans la construction, contrôle des processus productifs, recherche, etc.
- Agriculture : Lutte contre la peste, conservation des aliments, etc.
- Art : restauration d’objets d’art, vérification d’objets historiques ou artistiques, etc.
- Archéologie : Datation des événements géologiques, etc.
- Recherche : Univers, industrie, médecine, etc.
- Pharmacologie : L’étude du métabolisme des médicaments avant qu’ils ne soient autorisés à l’usage public.