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Les propriétés chimiques ne dépendent que du cortège électronique, donc du nombre de charges Z. Z définit l'élément chimique X et son symbole est ZX.

Les réactions nucléaires, comme leur nom l'indique, font appel aux propriétés des noyaux atomiques ou nucléides.

On appelle :

  • isobares : des nucléides ayant le même nombre de nucléons A mais un nombre de protons et de neutrons différents. Ils correspondent nécessairement à des éléments différents.
  • Isotopes : des nucléides ayant le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différents. Ils correspondent donc un même élément chimique.

À l'heure actuelle on connaît environ 105 éléments chimiques, dont 92 naturels, mais 1500 nucléides dont environ 300 sont présents dans la nature.

Masse molaire atomique d'un élément

À l'état naturel, les éléments sont, le plus souvent, des mélanges d'isotopes dans des proportions qui restent constantes.

On définit :

  • L’abondance naturelle isotopique : pourcentage massique de chaque isotope dans l'élément naturel.
  • La masse isotopique relative : masse de l'isotope étudié.
  • La masse molaire atomique de l'élément : c'est la masse moyenne pondérée par les abondances naturelles des masses isotopiques relatives.

Séparation des isotopes

La séparation des isotopes passe forcément par des méthodes physiques puisqu'il possède les mêmes propriétés chimiques. Ces méthodes reposent sur la différence de masse des isotopes.

Historiquement, les premières séparations ont été réalisées par Aston à l'aide d'un spectrographe de masse. Le trie était effectué par l'action d'un champ magnétique sur des particules chargées accélérées au moyen d'un champ électrique. Depuis, de nombreuses méthodes ont été développées.

Par exemple, pour l’uranium on emploie souvent la séparation par diffusion gazeuse. Des éléments avec différentes masses molaires diffusent à des vitesses différentes. On emploie cette propriétés en les faisant diffuser à travers une succession de parois poreuses. L'uranium naturel est composé à 72 % uranium 235 et à 28 % d'uranium 238. Seul uranium 235 fissible. L'enrichissement passe par une première étape qui consiste à transformer l'uranium en gaz. Cette gazéification est effectuée au moyen de fluor en formant de l'hexafluorure d'uranium UF6. Un enrichissement à 76%, c'est-à-dire permettant le fonctionnement dans des centrales nucléaires, nécessite le passage à travers plus de 400 membranes. Un enrichissement à 99% nécessiterait plus de 4000 passages à travers une paroi poreuse.

Intérêt des isotopes

Un certain nombre d'isotopes présente un grand intérêt:

  • On peut en suivre certains. Ils vont servir de traceurs radioactifs.
    • l’iode
    • l’oxygène
    marqués dans les milieux biologiques
  • Usage de traceurs
    • sodium
    • phosphore
    • iode
    en médecine et en biologie.
  • On peut évaluer l'age de certains objets en étudiant le taux de désintégration du carbone 14
  • On peut aussi élucider les mécanismes réactionnels en chimie organique en utilisant des isotopes marqués à des endroits spécifiques des molécules

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samedi, juin 24, 2017