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Termes

• abondance naturelleL’abondance d’un isotope particulier que l’on trouve naturellement sur la planète.
• masse atomique moyenneLa masse calculée en additionnant les masses des isotopes d’un élément, chacune multipliée par son abondance naturelle sur Terre.
• nombre de masseLe nombre total de protons et de neutrons dans un noyau atomique.

Le numéro atomique d’un élément définit l’identité de l’élément et signifie le nombre de protons dans le noyau d’un atome. Par exemple, l’élément hydrogène (l’élément le plus léger) aura toujours un proton dans son noyau. L’élément hélium aura toujours deux protons dans son noyau.

Isotopes

Les atomes d’un même élément peuvent cependant avoir un nombre différent de neutrons dans leur noyau. Par exemple, il existe des atomes d’hélium stables qui contiennent soit un ou deux neutrons, mais les deux atomes ont deux protons. Ces différents types d’atomes d’hélium ont des masses différentes (3 ou 4 unités de masse atomique), et on les appelle des isotopes. Pour un isotope donné, la somme des nombres de protons et de neutrons dans le noyau s’appelle le nombre de masse. En effet, chaque proton et chaque neutron pèse une unité de masse atomique (amu). En additionnant le nombre de protons et de neutrons et en multipliant par 1 amu, on peut calculer la masse de l’atome. Tous les éléments existent sous forme d’une collection d’isotopes. Le mot « isotope » vient du grec « isos » (qui signifie « même ») et « topes » (qui signifie « place ») car les éléments peuvent occuper la même place sur le tableau périodique tout en étant différents dans leur construction subatomique.

Calcul de la masse atomique moyenne

La masse atomique moyenne d’un élément est la somme des masses de ses isotopes, chacune multipliée par son abondance naturelle (la décimale associée au pourcentage d’atomes de cet élément qui sont d’un isotope donné).

Masse atomique moyenne = f1M1 + f2M2 + … + fnMn où f est la fraction représentant l’abondance naturelle de l’isotope et M est le numéro de masse (poids) de l’isotope.

La masse atomique moyenne d’un élément peut être trouvée sur le tableau périodique, généralement sous le symbole de l’élément. Lorsque des données sont disponibles concernant l’abondance naturelle des divers isotopes d’un élément, il est simple de calculer la masse atomique moyenne.

• Pour l’hélium, il y a environ un isotope d’hélium 3 pour chaque million d’isotopes d’hélium 4 ; par conséquent, la masse atomique moyenne est très proche de 4 amu (4.002602 amu).
• Le chlore se compose de deux isotopes principaux, l’un avec 18 neutrons (75,77 % des atomes de chlore naturels) et l’autre avec 20 neutrons (24,23 % des atomes de chlore naturels). Le numéro atomique du chlore est 17 (il possède 17 protons dans son noyau).

Pour calculer la masse moyenne, convertissez d’abord les pourcentages en fractions (divisez-les par 100). Ensuite, calculez les nombres de masse. L’isotope du chlore avec 18 neutrons a une abondance de 0,7577 et un nombre de masse de 35 amu. Pour calculer la masse atomique moyenne, il faut multiplier la fraction par le numéro de masse de chaque isotope, puis les additionner.

Masse atomique moyenne du chlore = (0,7577 \cdot 35 amu) + (0,2423 \cdot 37 amu) = 35,48 amu

Un autre exemple consiste à calculer la masse atomique du bore (B), qui possède deux isotopes : B-10 avec une abondance naturelle de 19,9%, et B-11 avec une abondance de 80,1%. Par conséquent,

Masse atomique moyenne du bore = (0,199
\cdot

10 amu) + (0,801
\cdot

11 amu) = 10,80 amu

Chaque fois que nous effectuons des calculs de masse impliquant des éléments ou des composés (combinaisons d’éléments), nous utilisons toujours des masses atomiques moyennes.

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