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Tous les éléments sont des isotopes. Bien que tous les atomes d'un élément donné aient le même numéro atomique (nombre de protons), la masse atomique (nombre de protons et de neutrons ensemble) varie. Le terme "isotope" se réfère à cette variation de poids atomique - deux atomes avec le même nombre de protons et un nombre différent de neutrons sont deux isotopes du même élément.
Numéro atomique
Les protons sont des particules chargées positivement dans le noyau des atomes. Un atome, dans son ensemble, porte une charge neutre, de sorte que chaque proton chargé positivement est équilibré par une particule chargée négativement. Ces particules négatives - électrons - orbitent en dehors du noyau. La configuration orbitale des électrons détermine la façon dont un atome réagira et se liera à d’autres atomes, donnant à chaque élément ses caractéristiques chimiques et physiques spécifiques. Chaque élément a un numéro atomique unique au-dessus de l’abréviation chimique du tableau périodique.
Poids atomique
Les neutrons étant des particules subatomiques sans charge, le nombre de neutrons dans le noyau des atomes n’affecte pas le nombre d’électrons ni leur configuration orbitale. Deux atomes avec le même nombre de protons et un nombre différent de neutrons auront les mêmes propriétés physiques et chimiques, mais des poids atomiques différents. Ces deux atomes sont des isotopes différents du même élément. Par exemple, l'isotope le plus commun de l'hydrogène est H-1, ce qui signifie que l'atome a un proton et pas de neutrons, mais il existe également des isotopes H-2 et H-3, avec respectivement un et deux neutrons. Le tableau périodique donne un poids atomique moyen des éléments situé sous le symbole chimique des éléments.
Isotopes radioactifs
Les isotopes plus lourds d'un atome sont souvent instables et se décomposent avec le temps en isotopes plus légers. Cette désintégration atomique libère de l'énergie sous forme de rayonnement alpha, bêta et gamma. L'hydrogène-3, par exemple, est radioactif et se décompose en hydrogène-2. Tous les éléments ont des isotopes radioactifs qui se désintègrent à des vitesses variables. Le taux de désintégration est mesuré en demi-vies, c'est-à-dire le temps nécessaire à la moitié des isotopes radioactifs d'un échantillon d'un élément donné pour se désintégrer en isotopes plus légers. La demi-vie de l'hydrogène-3 est de 12,32 ans.
Utilisations d'isotopes radioactifs
Les chercheurs et les professionnels de la santé ont largement recours aux isotopes radioactifs. En mesurant la quantité d'isotope radioactif naturellement présent, le carbone 14, les archéologues et les paléontologues peuvent déterminer l'âge approximatif d'un fossile ou d'un artefact. Les médecins utilisent les isotopes iode 131 et baryum 137 comme traceurs radioactifs pour détecter les problèmes cardiaques, les tumeurs cérébrales et d’autres anomalies, et le cobalt-60 sert de source de rayonnement pour enrayer le développement de tumeurs cancéreuses.