Composition isotopique

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Tous les noyaux des atomes d'un élément chimique particulier, (encore appelé corps simple), comportent le même nombre de protons. Ce nombre est aussi celui des électrons présents dans le cortège électronique qui enveloppe le noyau (de façon que chaque atome comporte autant de protons que d'électrons, et soit donc électriquement neutre). C'est ainsi, par exemple, que tous les atomes de carbone comportent 6 protons et 6 électrons.

Cependant, tous les atomes de carbone ne sont pas identiques : certains ont un noyau comportant 6 protons et 6 neutrons, tandis que pour d'autres, le noyau comprend 6 protons et 8 neutrons. Ces atomes de carbone, (qui n'ont pas le même nombre de masse, c'est-à-dire le nombre de nucléons : protons ou neutrons), sont dits des isotopes. Les atomes de carbone 12 (6 protons et 6 neutrons) sont stables, tandis que les isotopes de carbone 14, (6 protons et 8 neutrons), sont radioactifs.

La décomposition radioactive de 14 g de carbone 14 entraine la disparition de la moitié des atomes de carbone 14, (c'est-à-dire 7 g soit environ 3,01 x 1023 atomes), en un peu plus de 5700 ans (demi-vie du carbone 14).

La composition isotopique indique les proportions des divers isotopes d'un élément chimique particulier. Comme le montre l'exemple du carbone, elle peut varier en fonction du temps, et peut donc constituer un indicateur indirect de divers paramètres (notamment l'âge d'un fossile, ou la température moyenne de la Terre, lors de la formation de glaces très anciennes, comme on en trouve dans les profondeurs des inlandsis du Groenland ou de l'Antarctique).

L'étude de la composition isotopique de l'eau, du dioxyde de carbone (communément appelé gaz carbonique), ou du carbone de divers fossiles joue un rôle important en Sciences de la Terre, ou en Biologie, l'exemple le plus connu étant celui de la Datation par le carbone 14.