NUCLÉAIRE (PHYSIQUE)Isotopes

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Le noyau est la partie centrale de l'atome autour de laquelle se déplacent les électrons. Le noyau est constitué de Z protons (chargés positivement) et de N neutrons (neutres électriquement). La masse atomique A du noyau est égale à la somme de N et de Z. Le nombre Z caractérise l'élément chimique, c'est aussi le numéro atomique dans la classification périodique (cf. éléments chimiques). On écrit par convention un élément chimique X sous la forme : AZX. Ainsi, tout atome dont le noyau a six protons (Z = 6) est un atome de l'élément carbone (C). Le carbone le plus répandu contient 6 neutrons (N = 6, A = 12), mais il existe des atomes de carbone qui ont une autre valeur pour N, notamment le carbone 14 (N = 8, A = 14) utilisé pour la datation des matières carbonées. De tels éléments sont appelés des isotopes. Ils ont les mêmes propriétés chimiques car leur nombre d'électrons (égal au nombre Z des protons du noyau) est le même.

Les petites différences observées proviennent des légers écarts entre les masses des atomes, qui peuvent avoir un effet sur les vitesses de réaction et les constantes d'équilibre.

Les propriétés physiques des isotopes présentent, quant à elles, des différences faibles mais déjà plus marquées, car les effets de masse se font sentir plus directement (masse volumique, température d'ébullition...).

Enfin, les propriétés nucléaires d'un isotope étant liées à la structure du noyau, un écart dans le nombre des neutrons se traduit par des différences importantes dans ces propriétés. En particulier, on distingue pour chaque élément, d'une part, les isotopes stables, tels que 23Na, dont le noyau ne subit aucune modification au cours du temps en l'absence d'apport d'énergie extérieure (bombardement, irradiation), et, d'autre part, les isotopes radioactifs comme 60Co, dont le noyau est instable et se transforme spontanément en un autre noyau par émission d'un rayonnement ou d'une particule.

L'ensemble de leurs propriétés ouvre aux isotopes un immense champ d'applications scientifique [...]

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Écrit par :

  • : agrégé de sciences physiques, docteur ès sciences, maître de recherche au C.N.R.S.
  • : professeur à l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie

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Pour citer l’article

René BIMBOT, René LÉTOLLE, « NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Isotopes », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 03 décembre 2020. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/nucleaire-physique-isotopes/