Spectromètre de masse – isotopes et masse atomique relative
ChimieStructure de l'atome et tableau périodique15–16 ans
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Connectez-vous pour lancerUn spectromètre de masse simulé : les atomes sont ionisés, accélérés, déviés dans un champ magnétique selon m/z puis frappent un détecteur. Les spectres de masse de B, Ne, Mg, Cl, Cu et Br se construisent ion par ion. Les élèves calculent la masse atomique relative à partir des abondances isotopiques, créent leur propre mélange d’isotopes et comparent avec la valeur du tableau périodique.
Leçon : Isotopes, spectres de masse et masse atomique relative
Ce qu’elle montre
La plupart des éléments sont des mélanges d’isotopes : des atomes ayant le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons. Dans un spectromètre de masse à secteur magnétique, un faisceau d’électrons ionise les atomes, qui sont accélérés sous 2 kV puis courbés par un champ magnétique. Chaque ion décrit un cercle de rayon r = √(2mV/e)/B : les ions plus lourds sont moins déviés et arrivent plus loin sur le détecteur. La hauteur de chaque pic donne l’abondance relative de l’isotope. La masse atomique relative est la moyenne pondérée Ar = Σ(m/z × abondance)/100, soit 35,48 pour le chlore.
Mode d’emploi
Choisissez un bouton d’élément ou Mélange perso et suivez les ions à travers 1. Ionisation, 2. Accélération et 3. Déviation. Cliquez sur +1000 ions pour que les barres mesurées se rapprochent des abondances naturelles. Déplacez le curseur Champ magnétique B, ou cliquez sur Régler B, pour que tous les pics tombent sur le détecteur. Le tableau détaille le calcul de Ar ; en mode exercice il est masqué : saisissez votre résultat dans Votre Ar puis cliquez sur Vérifier.
Paramètres modifiables
- Élément Bore (B), Néon (Ne), Magnésium (Mg), Chlore (Cl), Cuivre (Cu), Brome (Br), Mélange d’isotopes personnalisé
- Champ magnétique B 0,1–1 T
- Débit d’ions 5–200 ions/s
- Les élèves calculent (réponse masquée)
- Mélange perso : nombre de masse de l’isotope 1 1–250
- Mélange perso : abondance de l’isotope 1 0–100 %
- Mélange perso : nombre de masse de l’isotope 2 1–250
- Mélange perso : abondance de l’isotope 2 0–100 %
- Mélange perso : nombre de masse de l’isotope 3 1–250
- Mélange perso : abondance de l’isotope 3 0–100 %
Questions à explorer
- Pourquoi la masse atomique relative du chlore vaut-elle 35,45 et non un nombre entier ?
- Si vous diminuez le champ magnétique B, dans quel sens les pics se déplacent-ils sur le détecteur, et pourquoi ?
- Quel écart observe-t-on entre abondances mesurées et naturelles lorsque l’on ne compte que peu d’ions ?
