Structure des noyaux et éléments chimiques - Rappels

Nucléons : le noyau d’un atome ou d’un ion monoatomique est constitué de particules appelées "nucléons", reliées entre elles par l’interaction forte. Il existe deux types de nucléons :

• les protons, portant chacun une charge élémentaire positive notée \(e\) et valant `1,60\times 10^{-19} "C"` ;
  
• les neutrons, électriquement neutres (comme leur nom l’indique), c'est-à-dire que leur charge électrique est nulle.

Numéro atomique d'un élément chimique : noté `Z`, il correspond au nombre de protons présents dans le noyau d'un atome ou d'ion monoatomique de cet élément. Exemple : le noyau de l'atome de chlore compte 17 protons, son numéro atomique est `Z=17`.

Élément chimique : ce terme désigne l'ensemble des atomes et des ions monoatomiques (isolés ou engagés dans une molécule ou un ion polyatomique) présentant un même numéro atomique, donc comportant le même nombre de protons dans leur noyau. Exemple : l’atome de chlore `"Cl"` ou l’ion chlorure `"Cl"^-` (à partir desquels sont formés le dichlore gazeux `"Cl"_2`, les cristaux de chlorure de sodium `"NaCl"` et les ions hypochlorite `"ClO"^-`) sont de même numéro atomique `Z = 17`, caractérisant l’élément chimique chlore.

Nombre de masse d'un atome ou d'un ion monoatomique : noté \(A\), il correspond au nombre de nucléons présents dans le noyau de cet atome ou ion monoatomique. Si l'on note `N` le nombre de neutrons présents dans un noyau, on a \(A = N + Z\).

Écriture conventionnelle du noyau : le noyau d’un élément chimique `X` peut s’écrire de la façon suivante.

L'écriture conventionnelle donne de manière explicite `A` et `Z`. On calcule le nombre de neutrons à l'aide de ces deux données : `N = A-Z`.

Exemple : l’écriture conventionnelle du noyau d’un atome de carbone 14 est \(^{14}_{6}\text{C}\). Les renseignements que l'on peut tirer de cette écriture sont les suivants :

• l’élément chimique est noté `"C"` ;
• son noyau possède `A = 14` nucléons, `Z = 6` protons, et donc `N=A-Z=14-6=8` neutrons.

Isotopes : il s'agit de différentes versions d'un même élément chimique, mais dont les noyaux n'ont pas le même nombre de neutrons. Ils ont donc le même numéro atomique `Z` mais un nombre de masse `A` différent, et par conséquent une même charge électrique mais une masse différente. Exemple : le carbone 12, le carbone 13 et le carbone 14 sont des isotopes du carbone. Noté \(_{ 6}^{12}\text {C}\), le carbone 12 (99 % du carbone dans la nature) possède 6 neutrons. Noté \(_{ 6}^{13}\text {C}\), le carbone 13 (plus de 1 % du carbone dans la nature) possède 7 neutrons. Noté \(_{ 6}^{14}\text {C}\), le carbone 14 (une fraction de dixième de % du carbone dans la nature) possède 8 neutrons.