Deux noyaux à identifier par leurs neutrons

Exercice d'entraînement · niveau 3 (difficile) · chimie (seconde), chapitre 2 — Constitution de la Matière à l'Échelle Microscopique · Élément chimique et isotopes

Énoncé

On étudie deux noyaux dont on ne connaît que ces indications :

le noyau $X$ compte $34$ neutrons et $63$ nucléons ;
le noyau $Y$ compte $36$ neutrons et $65$ nucléons.

Donnée : l'élément de numéro atomique $29$ est le cuivre ( $Cu$ ), celui de numéro atomique $30$ est le zinc ( $Zn$ ).

1. Déterminer le numéro atomique de chacun des deux noyaux et écrire leur notation symbolique.<br> 2. Ces deux noyaux sont-ils isotopes ? Justifier.<br> 3. Le noyau $X_{30}^{65} X_{230}^{265} Zn$ possède le même nombre de masse que $Y$ . Est-il pour autant isotope de $Y$ ?<br> 4. Expliquer pourquoi c'est $Z$ , et non $A$ , qui détermine le symbole chimique.

Corrigé

1. Les deux notations. Le nombre de masse compte tous les nucléons, donc $Z = A - N$ :

pour $X$ : $Z = 63 - 34 = 29$ , c'est le cuivre, $X_{29}^{63} X_{229}^{263} Cu$ ;
pour $Y$ : $Z = 65 - 36 = 29$ , c'est encore le cuivre, $X_{29}^{65} X_{229}^{265} Cu$ .

2. Oui, isotopes. Ils ont le même $Z = 29$ (même élément) mais des nombres de masse différents ( $63 \neq = 65$ ) : par définition, ce sont deux isotopes du cuivre.

3. Non. $X_{30}^{65} X_{230}^{265} Zn$ a bien $A = 65$ , comme $Y$ , mais son numéro atomique vaut $30$ , non $29$ . Le critère porte sur $Z$ , jamais sur $A$ : ce sont deux éléments chimiques distincts, le zinc et le cuivre, et non des isotopes. Un même nombre de masse ne crée aucune parenté.

4. Pourquoi $Z$ . Le numéro atomique fixe le nombre de protons, donc — dans l'atome neutre — le nombre d'électrons, donc tout le comportement chimique de l'élément. Deux noyaux de même $Z$ portent le même nom et le même symbole, quel que soit leur nombre de neutrons. Le nombre de masse, lui, ne fait que distinguer les isotopes entre eux.

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