Les trois oxygènes de la nature

1. Protons et neutrons. Tous ont $Z=8$ protons, et $N=A-Z$ neutrons :

• ${}_{}^{}{}_8^{16}\mathrm{O}$ : $8$ protons, $16-8=8$ neutrons ;
• ${}_{}^{}{}_8^{17}\mathrm{O}$ : $8$ protons, $17-8=9$ neutrons ;
• ${}_{}^{}{}_8^{18}\mathrm{O}$ : $8$ protons, $18-8=10$ neutrons.

2. Le mot est « isotopes ». La relation repose sur l'égalité du numéro atomique $Z=8$ — c'est le même élément, l'oxygène — et sur la différence des nombres de masse ($16$, $17$, $18$). Elle ne repose donc pas sur $A$, qui au contraire les distingue.

3. Non, aucune réaction chimique ne les sépare. Le comportement chimique ne dépend que du cortège électronique. Or l'atome neutre possède $Z$ électrons, et $Z$ est le même pour les trois : leurs cortèges sont identiques et ils réagissent exactement de la même manière. Les neutrons supplémentaires ne changent que la masse — c'est d'ailleurs sur elle que reposent les techniques de séparation.

4. L'écart de masse. En comptant les nucléons, $m\approx A\times m_{\mathrm{nucl}}$, donc $$\frac{m({}_{}^{}{}_{}^{18}\mathrm{O})}{m({}_{}^{}{}_{}^{16}\mathrm{O})}=\frac{18}{16}=1,125,$$ soit un écart de $12,5\%$ : c'est peu, mais assez pour être mesuré et exploité, par exemple pour reconstituer les climats du passé.