1. Les constituants du noyau
Des expériences de physique nucléaire montre que le noyau atomique est constitué de particules appelés nucléons. Les nucléons sont de deux sortes : les Protons et les Neutrons.

Le Protons

C’est une particule chargée d’électricité positive. Sa charge est égale à la charge élémentaire notée < e >. Notons que e = 1,6×10^-19 C (le coulomb C  est l’unité
de charge électrique) est la plus petite charge électrique.
La masse du proton vaut 1,67×10^-27 kg. Soit 1,67 milliardième, du milliardième, du milliardième de kg!

En effet 10^-27 = 10^-9 ×10^-9 ×10^-9.
En résumé, les caractéristiques du protons sont :
q_p = +e = 1,6×10-19 C;
m_p = 1,67×10-27 kg

Le Neutron

Le neutron est une particule électriquement neutre (comme son nom l’indique). Sa masse est sensiblement égale à celle du proton.
Résumons les caractéristiques du neutron :
q_n = 0;
m_n ≈ m_p = 1,67×10^-27 kg.

Notons dès maintenant que si le noyau de l’atome d’hydrogène est formé uniquement d’un proton, les noyaux de tous les autres atomes contiennent à la fois des protons et des neutrons.

2. Nombre de charge, Nombre de masse, représentation d’un noyau atomique

Nombre de charge (Z )

Le nombre de charge Z d’un noyau représente le nombre de protons contenus dans ce noyau. Le nombre de charge Z est aussi appelé numéro atomique.
Un élément chimique est défini par son numéro atomique Z ; ainsi, tous les atomes d’un même élément ont le même numéro atomique

Nombre de masse (A)
Le nombre de masse A d’un noyau est égal au nombre de nucléons (protons et neutrons) contenus dans ce noyau.

Remarque.
Si N est le nombre de neutrons contenu dans un noyau,
on peut donc écrire A = N +Z ⇒ N = A -Z .

Représentation d’un noyau atomique

Un noyau atomique est caractérisé par son nombre de charge Z et son nombre de masse A. Pour représenter un noyau, on utilise le symbole de l’élément auquel le noyau appartient.
Ainsi, un noyau de symbole X, dont les nombres de charge et de masse sont respectivement Z et A, est représenté conventionnellement par :

NB: Il faut bien noter les positions de A (à gauche et en haut du symbole) et de Z (à gauche et en bas du symbole) dans cette représentation.

3. Les isotopes
Rappelons que tous les atomes ayant le même nombre de charge Z , correspondent au même élément chimique. Cependant, tous ces atomes ne sont pas nécessairement identiques. Il arrive que des noyaux ayant le même nombre de protons, diffèrent par leur nombre de neutrons. On dit qu’ils sont des isotopes du même
élément. Les atomes qui ont le même numéro atomique Z , mais des nombres de masse A différents, sont des isotopes de l’élément de numéro atomique Z

Exemples.
1. l’élément hydrogène a 3 isotopes :
 

•   : le plus abondant
•   : Appelé deutérium
•   : appelé tritium

Remarquons que les trois isotopes de l’hydrogène ont le même symbole H (malgré les appellations différentes.)

2. isotopes de l’élément uranium (symbole U).
 

•  : 0,7% de l’uranium naturel.
•    : 99,3% de l’uranium naturel.

Remarque.
On appelle nucléide, l’ensemble des atomes dont le noyau possède le même nombre de charge et le même nombre de masse.

Exercice d’application
On considère les nucléides suivants désignés par le couple (Z,A) : (11,23); (10,20); (5,10); (10,21); (10,22).
1. Combien d’éléments chimiques sont représentés.
2. Combien chacun d’eux a-t-il d’isotopes ?

Solution
1. Parmi les six couples (Z , A) proposés, il n’y a que3 valeurs différentes de Z : 5, 10 et 11. Les six nucléides proposés correspondent donc à trois éléments chimiques seulement.
2.  L’élément caractérisé par Z = 5 a deux représentants dont les nombres de masse A sont respectivement 10 et 11. Cet élément possède deux isotopes.
L’élément caractérisé par Z = 10 a trois représentants dont les nombres de masse A sont
respectivement 20, 21 et 22. Cet élément possède donc trois isotopes.
L’élément caractérisé par Z = 11 a un seul représentant de nombre de masse A = 23. Cet
élément ne présente pas de phénomène d’isotopie.