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Diapositive 1

22 sept. 2017 PROTONS ET NEUTRONS – QUELQUES DEFINITIONS. 12 SEPTEMBRE. 2017. Chimie & Isotopie



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Sont qualifiés d'« isotopes » les différents types d'atomes d'un même élément qui se distinguent seulement par leur nombre de neutrons. Les isotopes d'un même élément gardent en effet le même nombre de protons et d'électrons. Ils possèdent aussi les mêmes propriétés chimiques.

  • Comment définir un isotope ?

    Les isotopes sont des atomes qui poss?nt le même nombre d'électrons – et donc de protons, pour rester neutre -, mais un nombre différent de neutrons.

  • Comment Définit-on deux isotopes ?

    Les propriétés des isotopes
    Deux atomes possédant un nombre identique de protons sont appelés des isotopes. Ils appartiennent au même élément chimique par leur nombre de protons dans le noyau.

  • Qu'est-ce qu'un isotope donner des exemples ?

    Exemple : L'élément chlore (Z=17) poss? 2 isotopes : le chlore 35 ayant 18 neutrons et le chlore 37 ayant 20 neutrons. le 12C, le 13C et le 14C sont trois isotopes du carbone, car ils poss?nt tous 6 protons.
  • Les isotopes sont présents partout dans l'environnement. Ils servent à dater les matériaux organiques lorsqu'ils sont radioactifs ou à renseigner sur l'alimentation et l'origine géographique des humains et des animaux lorsqu'ils sont stables.

Chimie

Isotopie

12 SEPTEMBRE

2017| PAGE 1CEA | 10 AVRIL 2012

J. AUPIAIS

CEA DAM DIF

OLÉRON 18-22 SEPTEMBRE 2017

DÉFINITIONS

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 2

Un nucléide est défini par son numéro atomique Z et son nombre de masse A :

PROTONS ET NEUTRONS QUELQUES DÉFINITIONS

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 3

Z N

Nucléon: désigne un proton ou un neutron.

Nucl (é)ide: noyau avec Z et N fixés. Isobare : nuclide ayant un même A, mais avec des Z différents. Isotone : nuclide ayant un même N, mais avec des Z différents. Isotope :nuclide ayant un même Z, mais avec des N différents.

Isodiaphère: noyau

est le même N Z = Cste(ex : 238U et 234Th, N Z = 46)

PROTONS ET NEUTRONS QUELQUES DEFINITIONS

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 4

isotone isobare isotope isodiaphère il y a 24
isotopes connus de de 217
U 242
U

QUELQUES NOTIONS

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 5

Poids atomique (masse atomique

atomique ݉௔dans un matériau P est :

Poids atomique un

matériau P est :

Abondance isotopique

VARIATION DU POIDS ATOMIQUE DU Th

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 6

1900192019401960198020002020

232
232.1
232.2
232.3
232.4
232.5

Année

Poids atomique du thorium232,0377 ± 0,0004

19501960197019801990200020102020

232.0372

232.0373

232.0374

232.0375

232.0376

232.0377

232.0378

232.0379

232.0380

232.0381

232.0382

232.0383

VARIATION DU POIDS ATOMIQUE DE U

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 7

19651970197519801985199019952000

238.0280

238.0285

238.0290

238.0295

238.0300

Année

Poids atomique de U

238,02891 ± 0,00003

QUELQUES NOTIONS

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 8

Abondance isotopique

ne pas confondre rapport isotopique et concentration isotopique

ABONDANCES ISOTOPIQUES

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 9

EXEMPLES -ACTINIDES

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 10

TABLEAU PÉRIODIQUE

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 11

IUPAC Periodic Table of the Isotopes, 1 October 2013

QUELQUES NOTIONS

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 12

Fractionnement isotopique

En raison des très faibles valeurs rencontrées, les compositions isotopiques sont généralement exprimées en , qui correspondent aux déviations par rapport à une valeur standard Remarque : est habituellement très petit, il est donné en

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 13

(Vienna Standard MeanOceanWater), qui est proche du SMOW, premier standard défini par Craig (1961).

2RVSMOW = (155.75 ±0.05) ×10Ϋ͸

18RVSMOW = (2005.20 ±0.45) ×10Ϋ͸

les échelles de valeur de 2H/1H et 18O/16O sont: 2 18 juvénile (originaire du manteau terrestre) est: 2 VSMOW 18 VSMOW

STANDARDS INTERNATIONAUX

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 14

LE FRACTIONNEMENT ISOTOPIQUE EST COMMUN

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 15

Fractionnement isotopique de O

Fractionnement isotopique de H

EUROPE MOYENNE ANNUELLE

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 16

APPLICATIONS CHEVEUX HUMAINS

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 17

Corrélation entre composition

trouvée dans les cheveux

APPLICATIONS MOBILITÉ HUMAINES AUX

TEMPS PRÉHISTORIQUES

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 18

CONSTATS

Les molécules isotopiques les plus lourdes ont

une mobilité réduite (ܧ les molécules les plus lourdes ont une vitesse de diffusion plus faible lafréquencedecollisionaveclesautres réagissentplusvite desénergiesdeliaisonplusfortes

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 19

EFFETS PHYSIQUES ISOTOPIQUES

݉௘massedeaurepos

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 20

Exemple : raie LymanH(n1=1 et n2=2)

656,285 nm

raie Deutérium

656,106 nm

N.B.: le rapport naturel H/D a été déterminé en 1939 par spectroscopie Pour les isotopes 235U & 238U, la différence est de

0,025 nm !

EFFETS PHYSIQUES ISOTOPIQUES

Diffusion

gaz

Puisque

m H :m D :m T = 1:2:3 de vitesse v H :v D :v T = 1:

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 21

EFFETS PHYSIQUES ISOTOPIQUES

Diffusion

application

Pour 2 isotopes 1 et 2:

Séparation par centrifugation : on remplace ݄݃par

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 22

APPLICATION ENRICHISSEMENT 235U

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 23

Facteur de séparation : ߙൎͳ൅ߜ

UF6est gazeux à T > 64 °C

19F est monoisotopique

R = 0,2 0,4 m

= 50 à 80 103rpm Facteur de séparation = 1,4 à 3,9 par cascade Il faut environ 10 cascades pour enrichir 235U de 0,72 % à 3 %. Remarque : il en faut 1300 pour les installations à diffusion gazeuse. Par contre la production en grande quantité requiert un nombre très important de centrifugeuses en raison de leur faible capacité.

Techniques spectroscopiques (ex 12CO2vs 13CO2)

Précision <

Spectrometry) depuis

2000
Application en criminalistique, fraudes, géosciences (H, O, C, N, S)

ICPMS multi-collection (MC-ICPMS) depuis 1995

Précision

12 SEPTEMBRE

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APPAREILS

12 SEPTEMBRE

2017Chimie & Isotopie| PAGE 25

Absorption IR

IRMS

MC-ICPMS

12 SEPTEMBRE

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Secteur

électrostatique

Secteur magnétique

détecteurs ICPMS

PRÉCISIONS MC-ICPMS

27

Inc. 1%

Inc. 0.2%

Inc. 0.1%

Inc. 10%

Inc. 1.5%

Inc. 0.5%

Possibilité de mesurer

des rapports de 10-7

FRACTIONNEMENT ISOTOPIQUE

Définition : Le fractionnement isotopique est le phénomène physique ou chimique qui modifie la composition isotopique

1) Fractionnement dépendant de la masse

On distingue

Fractionnement

thermodynamique (physique ou chimique) systèmes

Fractionnement

cinétique (réactions (bio)chimiques sens unique)

2) Fractionnement indépendant

de la masse NFS

Nuclear

Field

Shift)

MIE

Magnetic

quotesdbs_dbs13.pdfusesText_19
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