NUMÉRO DE MASSE: CE QUE C'EST ET COMMENT L'OBTENIR (AVEC DES EXEMPLES) - PHYSIQUE - 2025

Le nombre de masse ou le nombre de masse d'un atome est la somme du nombre de protons et du nombre de neutrons dans le noyau. Ces particules sont désignées de manière interchangeable avec le nom des nucléons, donc le nombre de masse représente leur quantité.

Soit N le nombre de neutrons présents et Z le nombre de protons, si nous appelons A comme nombre de masse, alors:

A = N + Z

Figure 1. Le rayon a un nombre de masse A = 226, se désintègre en radon avec A = 222 et émet un noyau d'hélium de A = 4. Source: Wikimedia Commons. PerOX

Exemples de nombres de masse

Voici quelques exemples de nombres de masse d'éléments connus:

Hydrogène

L'atome d'hydrogène le plus stable et le plus abondant est aussi le plus simple: 1 proton et un électron. Puisque le noyau d'hydrogène n'a pas de neutrons, il est vrai que A = Z = 1.

Oxygène

Un noyau d'oxygène a 8 neutrons et 8 protons, donc A = 16.

Carbone

La vie sur Terre est basée sur la chimie du carbone, un atome léger avec 6 protons dans son noyau plus 6 neutrons, donc A = 6 + 6 = 12.

Uranium

Cet élément, beaucoup plus lourd que les précédents, est bien connu pour ses propriétés radioactives. Le noyau uranifère contient 92 protons et 146 neutrons. Son numéro de masse est alors A = 92 + 146 = 238.

Comment obtenir le nombre de masse?

Comme mentionné précédemment, le nombre de masse A d'un élément correspond toujours à la somme du nombre de protons et du nombre de neutrons que contient son noyau. C'est aussi un nombre entier, mais… y a-t-il une règle concernant la relation entre les deux quantités?

Voyons voir: tous les éléments mentionnés ci-dessus sont légers, sauf l'uranium. L'atome d'hydrogène est, comme nous l'avons dit, le plus simple. Il n'a pas de neutrons, du moins dans sa version la plus abondante, et dans l'oxygène et le carbone, il y a un nombre égal de protons et de neutrons.

Cela se produit également avec d'autres éléments légers, comme l'azote, un autre gaz très important pour la vie, qui contient 7 protons et 7 neutrons. Cependant, à mesure que le noyau devient plus complexe et que les atomes deviennent plus lourds, le nombre de neutrons augmente à un rythme différent.

Contrairement aux éléments légers, l'uranium, avec 92 protons, a environ 1 ½ fois cette quantité de neutrons: 1 ½ x 92 = 1,5 x 92 = 138.

Comme vous pouvez le voir, il est assez proche de 146, le nombre de neutrons dont il dispose.

Figure 2. Courbe de stabilité. Source: F. Zapata.

Tout cela est évident dans la courbe de la figure 2. Il s'agit d'un graphique de N en fonction de Z, connu sous le nom de courbe de stabilité nucléaire. Là, vous pouvez voir comment les atomes légers ont le même nombre de protons que les neutrons, et comment à partir de Z = 20 le nombre de neutrons augmente.

De cette manière, le grand atome devient plus stable, car l'excès de neutrons diminue la répulsion électrostatique entre les protons.

Notation pour les atomes

Une notation très utile qui décrit rapidement le type d'atome est la suivante: le symbole de l'élément et les numéros atomiques et de masse respectifs sont écrits comme indiqué ci-dessous dans ce diagramme:

Figure 3. Notation Atom. Source: F. Zapata.

Dans cette notation, les atomes des exemples précédents seraient:

Parfois, une autre notation plus confortable est utilisée, dans laquelle seuls le symbole de l'élément et le numéro de masse sont utilisés pour désigner l'atome, en omettant le numéro atomique. De cette manière, ¹² ₆ C s'écrit simplement carbone-12, ¹⁶ ₈ O serait oxygène 16, et ainsi de suite pour tout élément.

Les isotopes

Le nombre de protons dans un noyau détermine la nature de l'élément. Par exemple, chaque atome dont le noyau contient 29 protons est un atome de cuivre, quoi qu'il arrive.

Supposons qu'un atome de cuivre perd un électron pour une raison quelconque, c'est toujours du cuivre. Cependant maintenant c'est un atome ionisé.

Il est plus difficile pour un noyau atomique de gagner ou de perdre un proton, mais dans la nature, cela peut se produire. Par exemple, à l'intérieur des étoiles, des éléments plus lourds sont formés en continu à partir d'éléments légers, car le noyau stellaire se comporte comme un réacteur à fusion.

Et ici même sur Terre, il y a le phénomène de désintégration radioactive, dans lequel certains atomes instables expulsent des nucléons et émettent de l'énergie, se transformant en d'autres éléments.

Enfin, il est possible qu'un atome d'un certain élément ait un numéro de masse différent, dans ce cas, il s'agit d'un isotope.

Un bon exemple est le carbone 14 ou radiocarbone bien connu, qui est utilisé pour dater des objets archéologiques et comme traceur biochimique. C'est le même carbone, avec des propriétés chimiques identiques, mais avec deux neutrons supplémentaires.

Le carbone-14 est moins abondant que le carbone-12, l'isotope stable, et il est également radioactif. Cela signifie qu'au fil du temps, il se désintègre, émettant de l'énergie et des particules jusqu'à devenir un élément stable, qui dans son cas est l'azote.

Isotopes de carbone

Le carbone existe dans la nature sous la forme d'un mélange de plusieurs isotopes, dont le plus abondant est le ¹² ₆ C ou carbone ¹² précité. Et en plus du carbone 14, il y a ¹³ ₆ C avec un neutron supplémentaire.

Ceci est courant dans la nature, par exemple 10 isotopes stables sont connus de l'étain. En revanche, du béryllium et du sodium, un seul isotope est connu.

Chaque isotope, naturel ou artificiel, a un taux de transformation différent. De la même manière, il est possible de créer des isotopes artificiels en laboratoire, qui sont généralement instables et se désintègrent radioactivement en une très courte période de fractions de seconde, tandis que d'autres prennent beaucoup plus de temps, aussi longtemps que l'âge de la Terre ou plus.

Tableau des isotopes naturels du carbone

Isotopes de carbone	Numéro atomique Z	Numéro de masse A	Abondance%
12 6 C	6	12	98,89
13 6 C	6	13	1.11
14 6 C	6	14	Traces

Exemples travaillés

- Exemple 1

Quelle est la différence entre ¹³ ₇ N et ¹⁴ ₇ N?

Répondre

Les deux sont des atomes d'azote, puisque leur numéro atomique est 7. Cependant, l'un des isotopes, celui avec A = 13, a un neutron en moins, tandis que ¹⁴ ₇ N est l'isotope le plus abondant.

- Exemple 2

Combien de neutrons y a-t-il dans le noyau d'un atome de mercure, noté ²⁰¹ ₈₀ Hg?

Répondre

Puisque A = 201 et Z = 80, et sachant également que:

A = Z + N

N = A - Z = 201 - 80 = 121

Et on en conclut que l'atome de mercure a 121 neutrons.

Références

1. Connor, N. Qu'est-ce que le nucléon - Structure du noyau atomique - Définition. Récupéré de: Periodic-table.org.
2. Knight, R. 2017. Physique pour les scientifiques et l'ingénierie: une approche stratégique. Pearson.
3. Sears, Zemansky. 2016. Physique universitaire et physique moderne. 14e. Ed. Volume 2.
4. Tippens, P. 2011. Physique: concepts et applications. 7e édition. McGraw Hill.
5. Wikipédia. Nombre de masse. Récupéré de: en.wikipedia.org.