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Les isotopes (Aston et la découverte de la notion d'isotope)

Posté par
AntoineA
08-11-12 à 17:22

Bonjour,
J'ai un exercice sur les isotopes à faire pour la rentrée mais nous n'avons jamais abordé cette notion donc j'aurais vraiment besoin d'aide:

Document:
Au début du XIXe siècle, le chimiste John Dalton proposa l'hypothèse que la matière était constituée d'atomes et que, pour un corps pur donné, tous les atomes étaient identiques, tant par leurs propriétés chimiques que par leur masse. Cette hypothèse n'a été remise en question qu'un siècle plus tard par Francis Aston qui a élaboré la notion d'isotope. Aston perfectionna un appareil appelé spectrographe de masse, permettant d'accélérer les cations et de les dévier plus ou moins en fonction de leur masse. L'impact de chaque cation sur une plaque photographique laissait une trace qui permettait donc de déterminer sa masse.
Aston introduisit du néon dans son appareil, s'attendant à retrouver la valeur connue de la masse de ce gaz: 20.2 fois celle de l'hydrogène. Il fut surpris de ne pas trouver de cation ayant une telle masse mais des cations de masse 20 fois celle de l'hydrogène et d'autres, 10 fois moins nombreux, de masse 22 fois celle de l'hydrogène. Il en déduisit que le néon était constituée de deux types d'atomes qui n'avaient pas la même masse. Il les appela isotopes. Il put aussi montrer que de nombreux éléments chimiques possédaient des isotopes: le lithium de masses 6 et 7 fois celle de l'hydrogène, le bore de masses 10 et 11 fois celle de l'hydrogène, etc.
En 1922, il proposa une nouvelle hypothèse sur la structure de l'atome. Celui-ci serait constitué d'un noyau qui contiendrait A protons et K électrons (qu'Aston appelle "électrons de noyau") et serait aussi entouré de Z électrons planétaires. Cette hypothèse se révéla incorrecte et un autre physicien, James Chadwick, en proposa une nouvelle en 1932 qui fit intervenir les notions de nucléon et de neutron.

Vocabulaire:
Les particules contenues dans le noyau s'appellent nucléons. Il existe deux sortes de nucléons: le proton et le neutron. Le nombre de nucléons d'un noyau est noté A.

Le proton et le neutron son des particules de masses voisines: 1.7x10-27kg. Le proton possède une carge positive alors que le neutron n'est pas chargé.

Les deux atomes de néon sont qualifiés d'isotopes car ils ont un même non Z = 10 de protons et des nombres N différents de neutrons. Les symboles de ces isotopes sont:
(pièce jointe)


Questions:
1. En utilisant l'hypothèse de Dalton, expliquer pourquoi la masse des atomes de Néon a pu être trouvée globalement égale à 20,2 fois celle des atomes d'hydrogène alors que ce gaz est constitué de particules individuelles de masses 20 ou 22 fois égales à celle de l'hydrogène.
2. Le numéro atomique du lithium (symbole Li) est Z = 3 et celui du Bore (symbole B) Z = 5. Utiliser les données pour en déduire les symboles des noyaux des isotopes de ces 2 éléments chimiques
3. Comment le chlore peut-il avoir une masse égale à 35,5 fois celle de l'hydrogène.


Pour la question 1 j'ai essayé de calculer la masse d'un atome néon et d'un atome hydrogène mais je n'ai pas réussi, j'espère que vous saurez m'aider, merci beaucoup.

Les isotopes (Aston et la découverte de la notion d\'isotope)

Posté par
shadowmiko Moderateur
re : Les isotopes (Aston et la découverte de la notion d'isotope 08-11-12 à 23:06

salut !

la masse d'un atome c'est A multiplié par le nombre de nucléons

Posté par
AntoineA
re : Les isotopes (Aston et la découverte de la notion d'isotope 08-11-12 à 23:48

D'abord merci d'avoir répondu à une de mes questions,
Il faut ainsi calculer la masse de l'atome hydrogène et de l'atome néon:

Masse de l'atome hydrogène =
Masse de l'atome hydrogène =

Seulement dans ta réponse tu me dis qu'il faut multiplier A par le nombre de nucléons, mais le nombre de nucléons se note A non? Est-ce que tu as fais une erreur? Merci quand même

Posté par
shadowmiko Moderateur
re : Les isotopes (Aston et la découverte de la notion d'isotope 09-11-12 à 00:25

au temps pour moi. Par la masse d'un nucléon
C'est 1,67.10-27 kg

Posté par
AntoineA
re : Les isotopes (Aston et la découverte de la notion d'isotope 09-11-12 à 02:01

Merci beaucoup, ta réponse m'a poussé à aller chercher sur internet comment calculer la masse d'un atome et j'ai trouvé; (j'ai évité de recopier tous les caluls)
Masse d'un atome néon: 3,349 x 10-26kg
Masse d'un atome hydrogène: 1,673 x 10-27kg

Ainsi il faut diviser la masse de l'atome néon par la masse de l'atome hydrogène et on trouve environ 20.02, la masse de l'atome néon est 20 fois égale à celle de l'atome hydrogène.
La méthode utilisée par Dalton permet de calculer la moyenne de la masse de tous les atomes d'un élément, c'est pour ça qu'il obtient une valeur approximative.

C'est une bonne réponse?

Pour la question 2, j'ai compris le principe (il faut remplacer le Néon par le lithium puis le bore) mais pourle Lithium il y a le 4Li, jusqu'au 12Li donc lesquels choisir? (les plus important je pense donc 6Li et 7Li) non?
Pour le bore c'est plus facile, il faut remplacer le néon par le 10B et 11B?

Merci beaucoup de tes réponses!

Posté par
shadowmiko Moderateur
re : Les isotopes (Aston et la découverte de la notion d'isotope 09-11-12 à 20:06

oui c'est bien pour la 1)

2)

Citation :
Il put aussi montrer que de nombreux éléments chimiques possédaient des isotopes: le lithium de masses 6 et 7 fois celle de l'hydrogène, le bore de masses 10 et 11 fois celle de l'hydrogène, etc.

Tu as du remarquer que l'hydrogène, de par sa structure, a quasiment la même masse qu'un nucléon.
Donc si tu as 6 et 7 fois la masse de l'hydrogène, tu en déduis qu'un isotope du lithium est constitué de 6 nucléons et l'autre de 7 nucléons.

Posté par
AntoineA
re : Les isotopes (Aston et la découverte de la notion d'isotope 09-11-12 à 20:59

Ah oui effectivement, je n'avais pas remarqué ça me permettra de justifier, merci!
Pour la question 3, c'est le même principe que la question 1, il faut seulement remplacer l'atome néon par l'atome chlore, puis diviser la masse de l'atome chlore par la masse de l'atome hydrogène et on trouve environ 35.03.
J'ai juste une petite question, dans la question 1 on trouve que la masse de l'atome néon et 20.018 fois égale à la masse de l'atome hydrogène (seulement dans le texte ils nous parlent de 20.2 fois) et là dans la question 3 on trouve 35.03 alors qu'on nous dit que la masse de l'atome chlore est 35.5 fois égale à la masse de l'atome hydrogène, est-ce que c'est grave ces petites différences? Merci pour tout!

Posté par
shadowmiko Moderateur
re : Les isotopes (Aston et la découverte de la notion d'isotope 09-11-12 à 21:58

3) si tu arrondis au centième tu as 20,02
les petites différences sont justement dues aux arrondis dans les calculs. Ca n'a vraiment pas d'importance ici

Posté par
AntoineA
re : Les isotopes (Aston et la découverte de la notion d'isotope 09-11-12 à 22:17

Ah oui je croyais qu'il fallait garder les 3 chiffres après la virgule (par rapport au chiffres significations), il faut en avoir 4 et dans les résultats que j'ai donné en ont 5, merci de m'avoir rectifié.
Merci vraiment pour toute ton aide !

Posté par
shadowmiko Moderateur
re : Les isotopes (Aston et la découverte de la notion d'isotope 09-11-12 à 22:56

je t'en prie

bonne continuation !



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