Deux carbones qui ne pèsent pas pareil

Exercice d'entraînement · niveau 2 · chimie (seconde), chapitre 5 — Transformations Physiques et Nucléaires · Composition du noyau et isotopes

Énoncé

Le carbone naturel est un mélange de deux noyaux stables, $X_{6}^{12} X_{26}^{212} C$ et $X_{6}^{13} X_{26}^{213} C$ . Donnée : masse d'un nucléon $m_{nucl} \approx 1, 67 \times 1 0^{- 27} kg$ .

1. Donner la composition de chacun de ces deux noyaux.<br> 2. Justifier qu'il s'agit d'isotopes.<br> 3. Calculer la masse approchée de chacun, puis le rapport de la plus grande à la plus petite.<br> 4. Ces deux noyaux conduisent-ils à des atomes de propriétés chimiques différentes ? Justifier.

Corrigé

1. Les compositions. Tous deux ont $Z = 6$ protons, et $N = A - Z$ neutrons :

$X_{6}^{12} X_{26}^{212} C$ : $6$ protons et $12 - 6 = 6$ neutrons ;
$X_{6}^{13} X_{26}^{213} C$ : $6$ protons et $13 - 6 = 7$ neutrons.

2. Des isotopes. Ils ont le même numéro atomique $Z = 6$ — c'est donc le même élément, le carbone — mais des nombres de masse différents ( $12$ et $13$ ) : par définition, ce sont des isotopes.

3. Les deux masses. En comptant les seuls nucléons : $m (X_{12} X_{2}^{212} C) \approx 12 \times 1, 67 \times 1 0^{- 27} \approx 2, 00 \times 1 0^{- 26} kg,$ $m (X_{13} X_{2}^{213} C) \approx 13 \times 1, 67 \times 1 0^{- 27} \approx 2, 17 \times 1 0^{- 26} kg .$ Leur rapport vaut $\frac{13}{12} \approx 1, 08$ : le second est environ $8 %$ plus lourd.

4. Les mêmes propriétés chimiques. Le comportement chimique ne dépend que du cortège électronique, donc de $Z$ , identique ici. Les deux atomes se comportent chimiquement de la même façon ; seule leur masse les distingue.

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