P
Chapitre 8
Les isotopes
Les applications de la radioactivité et des propriétés des isotopes sont innombrables
dans tous les domaines de la chimie, de la médecine et bien entendu de l’industrie. Nous
n’en donnons que quelques exemples choisis parmi des centaines disponibles.
1. Le marquage isotopique
Son principe est très simple : il consiste à remplacer, généralement par synthèse, un
atome précis d’une molécule par un de ses isotopes. Il est ensuite possible de suivre la
molécule « marquée » dans un processus biologique ou chimique et d ’analyser le cheminement de l’isotope par l’analyse des produits formés. Le suivi des transformations
des molécules marquées est facilité si l’atome introduit est radioactif, car sa trace est
aisée à étudier. Nous en verrons des exemples en biologie et en médecine dans les paragraphes suivants.
Effet isotopique du deutérium
Considérons deux molécules AH et AD impliquées dans une réaction au cours de laquelle
ces liaisons sont rompues. Soient et les constantes de vitesse mesurées dans les deux
cas : le rapport k^Jk^ mesure l’effet isotopique. Ce rapport est généralement supérieur à 1
car la liaison A-H est légèrement plus faible que la liaison A-D. Ce phénomène est moins
marqué avec des atomes plus lourds. Il est maximal en phase gazeuse et joue un grand rôle
dans l’exploration de l’univers.
T J
O
c
D
Q
43
T—I
O
Г М
(y)
ai
>•
Q .
O
U
P
Exemple 2.6
P
Fiche 14
2. La datation au
L’isotope '^C est un émetteur (3“ (émission d’un électron). La période du '"^C est égale
à 5 760 ans, ce qui permet de dater des objets relativement récents. Le principe de la
mesure est qu’un objet qui a été enfoui perd sa radioactivité plus rapidement qu’un objet
exposé à l’air libre. En effet, à l’air libre, le '"^C se régénère par interaction de la haute
atmosphère avec les rayons cosmiques. Cet échange n’a plus lieu si l’objet est isolé.
Un gramme d’un échantillon de carbone provenant d’un objet ancien donne 10 000 désintégrations en 24 heures et un gramme de carbone actuel en donne 22 080. En utilisant les
équations de la fiche 14, nous avons :
t =---- In
к
к ДГ ^
1п2
N.
La constante к est tirée de : к = ---- avec t,,. = 5 760 ans
D’où :
, 10 000
t = -
In-------1/2
5 760
X -0,7921 = 8,312 X 0,7921 - 6 582 ans
ln2 22 080
0,6931
Dans ce type de calcul, il faut tenir compte de la masse de l’échantillon et prendre le nombre
de désintégrations de la même masse de référence.
36
Chapitre 8
Les isotopes
Les applications de la radioactivité et des propriétés des isotopes sont innombrables
dans tous les domaines de la chimie, de la médecine et bien entendu de l’industrie. Nous
n’en donnons que quelques exemples choisis parmi des centaines disponibles.
1. Le marquage isotopique
Son principe est très simple : il consiste à remplacer, généralement par synthèse, un
atome précis d’une molécule par un de ses isotopes. Il est ensuite possible de suivre la
molécule « marquée » dans un processus biologique ou chimique et d ’analyser le cheminement de l’isotope par l’analyse des produits formés. Le suivi des transformations
des molécules marquées est facilité si l’atome introduit est radioactif, car sa trace est
aisée à étudier. Nous en verrons des exemples en biologie et en médecine dans les paragraphes suivants.
Effet isotopique du deutérium
Considérons deux molécules AH et AD impliquées dans une réaction au cours de laquelle
ces liaisons sont rompues. Soient et les constantes de vitesse mesurées dans les deux
cas : le rapport k^Jk^ mesure l’effet isotopique. Ce rapport est généralement supérieur à 1
car la liaison A-H est légèrement plus faible que la liaison A-D. Ce phénomène est moins
marqué avec des atomes plus lourds. Il est maximal en phase gazeuse et joue un grand rôle
dans l’exploration de l’univers.
T J
O
c
D
Q
43
T—I
O
Г М
(y)
ai
>•
Q .
O
U
P
Exemple 2.6
P
Fiche 14
2. La datation au
L’isotope '^C est un émetteur (3“ (émission d’un électron). La période du '"^C est égale
à 5 760 ans, ce qui permet de dater des objets relativement récents. Le principe de la
mesure est qu’un objet qui a été enfoui perd sa radioactivité plus rapidement qu’un objet
exposé à l’air libre. En effet, à l’air libre, le '"^C se régénère par interaction de la haute
atmosphère avec les rayons cosmiques. Cet échange n’a plus lieu si l’objet est isolé.
Un gramme d’un échantillon de carbone provenant d’un objet ancien donne 10 000 désintégrations en 24 heures et un gramme de carbone actuel en donne 22 080. En utilisant les
équations de la fiche 14, nous avons :
t =---- In
к
к ДГ ^
1п2
N.
La constante к est tirée de : к = ---- avec t,,. = 5 760 ans
D’où :
, 10 000
t = -
In-------1/2
5 760
X -0,7921 = 8,312 X 0,7921 - 6 582 ans
ln2 22 080
0,6931
Dans ce type de calcul, il faut tenir compte de la masse de l’échantillon et prendre le nombre
de désintégrations de la même masse de référence.
36