La sexualité des plantes

La sexualité des plantes

La tradition aristotélicienne niait l'existence d'une sexualité des plantes. De plus, dans l'immense majorité des espèces végétales, les organes mâles et femelles se trouvent réunis, non seulement sur un même pied, mais dans une même fleur. Tant que la signification exacte des étamines et du pistil ne fut pas reconnue, il était bien difficile d’interpréter correctement un état d'hermaphrodisme ou de monoïcité que l'on n'avait observé qu'à titre exceptionnel chez les animaux. En  fait, on constatait que tous les pieds produisent des graines; on cherchait en vain des individus mâles semblables à ceux des espèces animales. Comment dès lors admettre une sexualité des plantes?

Camerarius avait d'abord étudié avec soin les organes reproducteurs, les étamines, le pistil, ainsi que les circonstances de la pollinisation. Grâce à ce travail préliminaire, la notion de fleur mâle se trouvait désormais liée rigoureusement à la présence des étamines, celle de fleur femelle à l'existence d'un pistil. C'est en s'adressant à des plantes à sexes séparés, c'est-à-dire en se plaçant dans les conditions les plus favorables, que Camerarius aborda l’étude du problème de la sexualité.

Il avait remarqué que les mûriers femelles, lorsqu'ils ne se trouvent pas à proximité des plants mâles, forment bien des fruits, mais que ceux- ci ne contiennent que des graines vides et infertiles. Il expérimenta d'abord sur une autre plante dioïque la mercuriale annuelle. Il se procura deux pieds femelles qu'il mit en pot et conserva loin de tout autre individu de la même espèce. Ces plantes produisirent des fruits mais les graines ne purent atteindre un développement complet. Camerarius répéta ces expériences sur le ricin, plante dans laquelle le même pied porte côte à côte des fleurs mâles et des fleurs femelles. Il enleva les fleurs mâles avant leur complet développement: les fleurs femelles ainsi isolées ne produisirent que des grains ayant l'apparence de vessies vides.

E. Guyénot              

Structure des molécules

Structure des molécules

I. Liaisons dans les molécules

1. Couche externe de l’atome

Définition: La couche externe d’un atome correspond à la dernière couche occupée par les électrons.

Exemples:

Atome	Numéro atomique	Structure électronique	Couche externe
He	Z=2	(K)2	(K)2
Ne	Z=10	(K)2(L)8	(L)8
C	Z=6	(K)2(L)4	(L)4

2. Liaison covalente

Définition: Une liaison covalente entre deux atomes correspond à la mise en commun entre ces deux atomes de deux électrons de leurs couches externes pour former un doublet d'électrons appelé doublet liant.

Remarque:Le doublet liant, mis en commun entre les deux atomes, est considéré comme appartenant à chacun des atomes liés.

Nombre de liaisons covalentes établies par un atome:

Le nombre de liaisons covalentes que peut former un atome est égal au nombre d'électrons qu'il doit acquérir pour saturer sa couche externe à un octet d'électrons (ou un duet pour l'atome d'hydrogène).

Exemples de calcul du nombre de liaisons pour des atomes fréquemment rencontrés

Atome	Numéro atomique	Structure électronique	Couche externe	Nombre de liaisons
H	Z=1	(K)1	(K)1	1
Cl	Z=17	(K)2(L)8(M)7	(M)7	1
O	Z=8	(K)2(L)6	(L)6	2
N	Z=7	(K)2(L)5	(L)5	3
C	Z=6	(K)2(L)4	(L)4	4

3. Doublets liants et non liants

Définitions:

    Un doublet d’électrons correspond à deux électrons.

    Les doublets liants ont été définis précédemment comme les doublets mis en commun entre deux atomes. Ce sont eux qui assurent les liaisons entre les atomes.

    Les doublets non liants sont les paires d'électrons externes non impliqués dans une liaison covalente.

4. Formule de Lewis d’une molécule

La représentation de Lewis d'une molécule fait apparaître tous les atomes de la molécule ainsi que tous les doublets liants et non liants le cas échéant.

Dans la représentation de Lewis, la règle du "duet" doit être satisfaite pour chaque atome d'hydrogène et la règle de "l'octet" doit être satisfaite pour tous les autres atomes.

Exemples de formule de Lewis pour des atomes fréquemment rencontrés

Atome	Couche externe	Liaisons covalentes	Doublets non liants	Formule de Lewis
H	(K)1	1	0
C	(L)4	4	0
O	(L)6	2	2
N	(L)5	3	1

Exemples de formule de Lewis pour des molécules fréquemment rencontrées

Molécule	Formule brute	Formule développée	Formule de Lewis
Méthane	CH4
Eau	H2O
Ammoniac	NH3
Dioxyde de carbone	CO2

II. Géométrie des molécules

1. Doublets et géométrie

Autour d’un atome, les doublets adoptent des positions qui leurs permettent d’être éloignés au maximum les uns des autres.

Nombre de liaisons ou de doublets non liants	Position de l’atome	Directions vers lesquelles pointent les liaisons et les doublets non liants	Représentation dans l’espace
4	Centre d’un tétraèdre	Sommets du tétraèdre
3	Centre d’un tétraèdre	Sommets du triangle
2	Milieu d’un segment	Extrémités du segment

2. Géométrie des molécules simples

Nombre de liaisons et de doublets non liants portés par l’atome	Répartition des doublets (atome central)	Représentation de Cram	Modèle moléculaire	Géométrie
4	4 doublets liants			tétraédrique
4	3 doublets liants 1 doublet non liant			pyramidale à base triangulaire
4	2 doublets liants 2 doublets non liants			coudée
3	4 doublets liants			plane
3	4 doublets liants			plane
2	4 doublets liants			linéaire

III. Isomérie Z/E

1. Définition

On appelle isomères deux espèces chimiques ayant la même formule brute mais des propriétés physique ou chimiques différentes.

2. Isomérie Z/E

Il n’y a pas de possibilité de rotation autour d’une double liaison. Cette propriété entraîne l’existence d’une isomérie particulière, l’isomérie Z/E.

Pour qu’une isomérie Z/E existe, il est nécessaire que:

    La molécule possède une double liaison.

    Chaque atome engagé dans la double liaison soit lié à deux groupes d’atomes différents.

Exemple: La molécule de but-2-ène possède deux isomères:

(E)-but-2-ène	(Z)-but-2-ène

La photosynthèse est une transformation chimique permettant aux plantes, en présence de lumière, de synthétiser des espèces organiques

IV. Réactions photochimiques: le processus de la vision

1. Réactions photochimiques

Définition: Une réaction photochimique est une réaction chimique déclenchée par la lumière.

C’est l’énergie lumineuse absorbée par l’entité chimique qui va permettre cette transformation.

2. La vision

Le processus de la vision met en jeu une isomérisation photochimique.

La rétine contient des milliards de photorécepteurs (cônes et bâtonnets) qui contiennent des protéines appelées opsines. La molécule de Z-rétinal se fixe sur l’opsine. Sous l’action d’un photon, il subit une isomérisation et est transformé en E-rétinal. Sa géométrie change et elle se détache de l’opsine.

En réponse à ce changement, un message nerveux est transmis au nerf optique.

Extraction et séparation d'espèces chimiques

Extraction et séparation d'espèces chimiques

I. Les espèces chimiques

1. Espèce chimique

Définition : On appelle espèce chimique un ensemble constitué d’entités identiques.

Toute espèce chimique possède un nom.

Elle peut être représentée par sa formule chimique.

Elle possède des grandeurs caractéristiques qui permettent de la reconnaître. Citons par exemple son aspect, sa couleur, sa masse volumique, sa densité, sa solubilité dans l’eau (ou dans un solvant), sa température de fusion, sa température d’ébullition etc…

Remarque : Les espèces chimiques qui existent dans la nature sont dites naturelles. Certaines sont fabriquées par l’homme ; elles sont dites synthétiques. On remarquera qu’une espèce chimique synthétique peut être identique à une espèce chimique naturelle.

2. Corps purs et mélanges

Définition :

On appelle corps pur une substance constituée d’une seule espèce chimique.

Définition :

On appelle mélange une substance constituée de plusieurs espèces chimiques.

II Caractéristiques physiques d’une espèce chimique

1. Masse volumique

Définition : On appelle masse volumique d’une espèce chimique le quotient:

$\begin{array}{||}\hline \rho =\frac{m}{V}\\ \hline\end{array}$ avec $\{\begin{array}{l}\text{masse d'un échantillon l'espèce chimique (kg ou g)}\\ {\text{V: Volume de l'échantillon (m}}^{\text{3}}\text{ ou L)}\\ \rho \text{: masse volumique de l'espèce chimique (kg}{\text{.m}}^{\text{-3}}\text{ou g}{\text{.L}}^{\text{-1}}\text{)}\end{array}$

2. Densité

Définitions :

▪   La densité d’une espèce chimique liquide est le rapport entre sa masse volumique et celle de l’eau :

$\begin{array}{||}\hline d=\frac{\rho }{{\rho }_{eau}}\\ \hline\end{array}$

▪   La densité d’une espèce chimique est le rapport entre sa masse volumique et celle de l’air (l’air et le gaz étant dans les mêmes conditions de température et de pression).

$\begin{array}{||}\hline d=\frac{\rho }{{\rho }_{air}}\\ \hline\end{array}$

Remarques :

▪   $\rho$, ${\rho }_{eau}$ et ${\rho }_{air}$ sont donnés en kg.m^-3 dans le système international.

▪   La densité est une grandeur sans unité.

3. Solubilité

Définition : La solubilité d’une espèce chimique dans un solvant est la masse maximale de cette espèce que l’on peut dissoudre par litre de solution (unité : $kg.m^{-3}$ ou $g.L^{-1}$ ).

III. Extraction et séparation d'espèces chimiques

De nombreux médicaments contiennent des principes actifs d’origine naturelle que le chimiste peut extraire par différents moyens.

1. Extraction par solvant

L'extraction par solvant consiste à dissoudre le composé recherché dans un solvant non miscible avec l'eau et à séparer la phase organique contenant le composé à extraire de la phase aqueuse.

Remarque: Le choix du solvant obéit à trois critères et nécessite la connaissance d'un paramètre physique caractéristique de ce solvant.

▪   Etat physique du solvant: le solvant doit être liquide à la température et à la pression où l'on réalise l'extraction.

▪   Miscibilité du solvant: le solvant doit être non miscible à la phase qui contient initialement le composé à extraire.

▪   Solubilité: le composé à extraire doit être très soluble dans le solvant. C'est à dire, beaucoup plus soluble dans le solvant que dans le milieu où il se trouve initialement (milieu aqueux en général).

Remarques:

▪   Si l'espèce à extraire est présente dans un solide, l'extraction est réalisée par macération, infusion ou décoction. Il s'agit alors d'une extraction solide-liquide.

▪   Si l'espèce à extraire est présente dans une solution aqueuse, l'extraction est réalisée à l'aide d'un ampoule à décanter. Il s'agit alors d'une extraction liquide-liquide.

2. Expression

L'expression permet d’obtenir les produits par pressage.

3. Distillation

La distillation permet de séparer les constituants d'un mélange homogène de liquides dont les températures d'ébullition sont différentes.

4. Filtration

La filtration permet de séparer les constituant d'un mélange solide liquide par passage à travers un milieu filtrant.

Observation de cellules végétales

1- Observation de cellules végétales

1-1 Cellules d'oignon ( Allium cepa )

Un bulbe d'origine coupé longitudinalement se présente comme suit: des écailles charnues imbriquées autour de la tige courte centrale.

Séparer une écaille charnue de la région moyenne ( 3ème ou 4ème écaille à partir de l'extérieur ), prélever dans la face interne concave, un petit carré d'épiderme de 0,5 cm environ. Pour cela inciser au scalpel ou à la lame de rasoir pour découper le carré dont on soulèvera facilement un des côtés à l'aide d'une pince.

Remarque: 

L'épiderme se décolle souvent par la séparation des écailles, il suffit alors d'en découper directement un fragment.

 1-1-1 Observation sans coloration

Mettez une goutte d'eau sur une lame propre et déposez-y le petit carré d'épiderme interne d'oignon en tenant la lame par les bords entre le pouce et l'index. Posez délicatement une lamelle pour éviter les bulles d'air.

Remarque:

Si le lambeau d'oignon ne dépasse pas 0,25 cm² , il s'étale de lui-même dans l'eau, s'il a tendance à s'enrouler, vous pouvez l'étaler à l'aide d'une pince ou d'une aiguille.

Observez: 

- Mettez au point au faible grossissement et observer la forme polygonale caractéristique des cellules végétales.

- Passez au fort grossissement en tournant à peine la vis micrométrique, vous distinguerez nettement la largeur de la paroi pectocellulosique, essayez de distinguer les limites du cytoplasme de la vacuole, et cherchez le noyau ainsi que les inclusions cytoplasmiques.

 Remarque:

Les préparations sans coloration doivent être observées à l'aide d'une intensité lumineuse moyenne ( diaphragme à moitié ouvert ) si non vous ne verrez pas tous les détails.

Dessinez quelques cellules dans une région du champ microscopique, que vous choisirez. Dessinez la paroi pectocellulosique, essayez d'y déceler les pores ou ponctuations, dessinez le noyau, la vacuole, et les inclusions cytoplasmiques.

Questions

- Essayez d’apprécier le rapport nucléoplasmatique: RNP

RNP =    Volume du noyau / Volume du cytoplasme

Ce rapport est significatif. Il est élevé dans les cellules méristématiques ( jeunes ) et atteint sa valeur minimale dans les cellules différenciées ( adultes )

Avez-vous des cellules jeunes ou âgées?

- Quel est le volume vacuolaire par rapport au volume total de la cellule?

- Comment expliquez-vous que le noyau, lorsqu’il est visible, semble être au milieu de la vacuole?

Conclusion:

L'observation des cellules vivantes donne peu de renseignements sur la structure et la délimitation des divers compartiments cellulaires, car la plupart de ces compartiments ont à peu près le même indice de réfraction. Il faut donc recourir à des méthodes empruntées à la cytologie comme la fixation et la coloration pour bien distinguer ces compartiments cellulaires.

1-1-2 Observation après coloration simple   

Coloration de la lamelle moyenne

Le paroi pectocellulosique  commune à deux  cellules contiguës est composée d'une lamelle moyenne de nature pectique prise en sandwich entre 2 couches cellulosiques.

Le rouge de ruthénium est un colorant spécifique des composés pectiques.

Prélevez un petit fragment d'épiderme interne d'oignon, plongez-le dans une goutte d'une solution de rouge de ruthénium pendant 5 mn, rincez rapidement et mettez entre lame et lamelle dans une goutte d'eau.

Observez au petit objectif puis au fort, notez l’existence de pores ou ponctuations.

Dessinez la paroi pecto cellulosique, situez-la par rapport aux cellules  contiguës ( notez le grossissement )

Question:

Quelle est la différence avec la 1ère observation? Pourquoi dit-on que le rouge de ruthénium est un colorant spécifique des composés pectiques?

Le rouge de ruthénium se prépare juste avant l’expérience  et en très petite quantité, à la concentration de 1/00 dans de l'eau; il ne se conserve pas.

Coloration de la vacuole et mise en évidence de la membrane plasmique

- Prélever un petit lambeau d'épiderme d'oignon, plongez-le pendant 5 mn dans une solution de rouge neutre à 0,3  % , rincez-le dans de l'eau distillée, montez-le entre lame et lamelle dans une goutte d'eau.

- Observez: La vacuole est colorée en rouge par le rouge neutre; à faible dose celui-ci s'accumule dans la vacuole sans la tuer, on dit que c'est un colorant vital.

Reprenez le lambeau coloré et montez le dans une solution de saccharose ou de nitrate de potassium, la vacuole plasmolysée se rétracte entraînant le cytoplasme. Comparez avec la 1ère observation.

- Observez les limites de la vacuole et comparez avec la 1ère observation. La membrane cytoplasmique qui devient apparente est attachée en plusieurs endroits à la paroi pectocellulosique.

1-1-3 Coloration du cytoplasme après fixation

Plongez un lambeau d'oignon dans une solution de lugol pendant quelques minutes, rincez et montez dans une goutte d'eau ( Le lugol est une solution d'iode dans de l'iodure de potassium )

La structure du cytoplasme n'est pas modifiée en apparence, quelques inclusions cytoplasmiques sont colorées.

1-1-4 Observation après coloration du noyau

La grande majorité des inclusions cellulaires ou organites ont à peu de chose près le même indice de réfraction que l'eau; ils sont donc transparents, et difficiles à mettre en évidence.

On emploie divers colorants dits spécifiques pour mettre en évidence ces organites qui se colorent plus ou moins bien selon leur affinité chimique avec le colorant. Il est donc nécessaire d'employer plusieurs colorants pour mettre en évidence tous les organites, c'est - à - dire les divers constituants cellulaires.

    

Les Vitamines

Les Vitamines

Manger des vitamines!

Les fruits donnent des vitamines!

Certains médicaments apportent des vitamines!

On parle parfois de pâtes vitaminées...

Qui n'a entendu parler de vitamines? Mais tout le monde connait-il la signification précise de ce mot?

Pendant longtemps, on pensait que le valeur des aliments était liée à l'énergie qu'ils donnent. A la fin du 19è siècle, on s'est aperçu que les aliments contenaient des nutriments présents en très petites quantités, mais très importantes du point de vue nutritif: ce sont des vitamines ( vita = vie )

Des rats nourris avec une quantité suffisante de protides, lipides, glucides et matières minérales mais sans vitamines ( car ces aliments ont été fabriqués spécialement ) meurent. Quelques gouttes de lait frais par jour les empêchent de mourir.

Ainsi, on s'est aperçu que quelques gouttes de lait frais contiennent la quantité nécessaire de vitamines pour des rats.

On a observé que diverses maladies résultent d'un manque de vitamines.

La vitamine B contenue dans le son des céréales est importante pour le système nerveux. Son manque provoque la maladie appelée béri-béri.

Les vitamines sont des substances indispensables à la vie, à la croissance et à la reproduction

Comme elles ne sont pas produites par l'organisme, elles doivent être fournies par les aliments en petites quantités ( quelques milligrammes par jour ).

 pour étudier le rôle des vitamines on peut nourrir des animaux avec des aliments sans vitamines et observer les résultats.

Les vitamines sont classées en 2 groupes suivants les substances où elles sont dissoutes, en très petite quantité.

- Les vitamines hydrosolubles ou solubles dans l'eau, donc présentes surtout dans les fruits et légumes ( C et B )

- Les vitamines liposolubles ou solubles dans les lipides, on les trouve dans le beurre ( A et D ).

Du point de vue pratique, il est important de consommer des graisses qui contiennent ces vitamines.

Quand l'alimentation fournit peu de vitamines, il en résulte des avitaminoses ou maladie par carence.

Quand on consomme trop de vitamine ( A et D ), il peut se produire des accidents ( hypervitaminoses ).

On peut avoir une alimentation suffisante en quantité et contenant les catégories d'aliments nécessaires, mais cependant insuffisante en vitamines, si l'on ne consomme pas d'aliments crus ( légumes et fruits ): la cuisson el le stockage des aliments détruisent une grande partie des vitamines. 

      

Analyse d'un aliment courant: Le LAIT

Analyse d'un aliment courant: Le LAIT

Le lait est sécrété par les mamelles des mammifères. il constitue l'aliment unique des nouveaux- nés au début de la vie.

C'est un liquide blanc apparemment homogène. Il peut " cailler " et devenir un mélange comprenant le caillé et un liquide, le petit-lait.

Dans le langage scientifique, on dit que le lait a coagulé ou qu'il y a coagulation.

Le lait peut cailler naturellement quand il n'est plus frais. Pour le conserver plus longtemps on le fait bouillir: On tue les microbes que le lait frais contient et qui provoquent la coagulation.

Au contraire, pour faire cailler le lait et fabriquer des yaourts on y ajoute des ferments lactiques.

Dans notre estomac et celui des animaux qui se nourrissent de lait ( mammifères ), il y a de la présure.

Pour la fabrication du fromage, on utilise de la présure extraite de l'estomac des veaux.

- Faire une analyse chimique d'un aliment c'est faire la séparation de tous ses constituants

L'analyse du lait montre que cet aliment contient de l'eau et d'autres constituants que l'on peut rechercher par des observations et par l'emploi de réactifs simples que vous connaissez. 

1- Recherche des lipides

Mettez du lait cru dans un bécher, dans un lieu frais, laissez au repos une demi- journée. Il se reforme à la surface une couche jaune: La crème.

Touchez cette crème, mettez-en un peu sur du papier. 

Que constatez-vous?

2- Recherche des glucides

Dans le lait frais, les lipides se présentent sous forme de fines gouttelettes dispersées dans l'eau: on dit qu'elles forment une émulsion. Au microscope on peut observer les gouttelettes de crème brillantes.

3- Recherche des protides

L'albumine est une protéine du l'ait, elle forme une couche à la surface du l'ait bouilli ( la peau du lait ). On reconnait sa nature chimique par la couleur jaune puis par la réaction xanthoprotéique. 

Les protéines sont des substances du groupe des protides. Elle peuvent coaguler par l'action de la chaleur ou d'un acide. On les reconnait par des réactions de coloration.

4- Recherche des matières minérales

L'analyse du lait montre qu'il est constitué par un mélange d'aliments simples: eau, substances minérales, protides et glucides.

Il contient aussi des aliments en quantité très faible, les vitamines.

isotope: definition

En physique nucléaire et en chimie, deux atomes sont dits isotopes si leur noyau a un nombre de protons identique mais un nombre de neutrons différent. Le nombre de protons dans le noyau d'un atome est désigné par le numéro atomique Z, qui identifie l'élément chimique auquel l'atome appartient.
Deux isotopes ont le même nombre Z de protons et appartiennent donc au même élément chimique. Ce qui distingue deux isotopes est leur nombre de masse A différent. Le nombre de masse d'un atome est le nombre de nucléons — protons et neutrons — que contient le noyau de cet atome ; la différence de nombre de masse entre isotopes provient de la différence du nombre de neutrons N.
Les isotopes sont désignés par leur symbole chimique, complété :

• par leur nombre de masse A (égal au nombre de nucléons de l'atome) placé en haut et à gauche du symbole, et
• par le numéro atomique Z, placé en bas et à gauche du symbole.

Exemple : , X désignant le symbole chimique
Le carbone 14, noté , et le carbone 12, noté , sont ainsi des isotopes de l'élément carbone. Le numéro atomique est généralement omis, car redondant avec le symbole chimique.
Les isotopes les plus courants de l'hydrogène sont également notés selon ce principe : ²H pour le deutérium et ³H pour le tritium ; l'IUPAC admet toutefois (mais sans le recommander) l'usage respectivement des symboles D et T pour le deutérium et le tritium, en raison de l'effet isotopique marqué de ces isotopes par rapport au protium. On peut également représenter les isotopes par leur nom suivi par leur nombre de masse séparé par un espace (et non un tiret, contrairement à l'anglais) : par exemple, carbone 14, oxygène 18, fer 56, etc.

Propriétés

Les propriétés chimiques des isotopes d'un même élément sont presque identiques car ces isotopes ont le même nombre d'électrons (et de protons). Il existe cependant de légers effets isotopiques sur les vitesses de réaction.
En revanche, comme le noyau ne comporte pas le même nombre de neutrons, la masse des atomes varie. Cette différence de masse atomique permet de séparer les isotopes d'un même élément par spectrométrie de masse ou par centrifugation et ainsi de les distinguer.

Stabilité

Il existe 80 éléments chimiques ayant au moins un isotope stable, de l'hydrogène ₁H au plomb ₈₂Pb. Le technétium ₄₃Tc et le prométhium ₆₁Pm n'ont, quant à eux, aucun isotope stable.
Le noyau d'un atome est constitué d'une part de protons qui se repoussent sous l'action de l'interaction électromagnétique (les charges électriques de même nature se repoussent) mais qui s'attirent sous l'action de l'interaction forte, et d'autre part de neutrons qui s'attirent sous l'action de l'interaction forte. Dans un noyau, la stabilité est donc assurée par l'interaction forte, et par les neutrons qui, éloignant les protons les uns des autres, diminuent l'intensité de la répulsion électromagnétique entre les protons, d'où les propriétés suivantes :
Pour ces centaines d'isotopes naturels, les nombres respectifs de protons et de neutrons semblent respecter certaines règles :

• le nombre de neutrons est à peu près égal à celui des protons pour les éléments légers ; à partir du ₂₁Sc, le nombre de neutrons devient supérieur au nombre de protons, l'excédent dépassant 50% pour les éléments les plus lourds ;
• certains noyaux particulièrement stables contiennent des protons ou des neutrons (ou les deux) en nombre égal à un des « nombres magiques » suivants :

2, 8, 20, 28, 50, 82, 126.

Selon les théories actuelles, ces valeurs correspondraient à des noyaux possédant des couches complètes de neutrons ou de protons.

• les éléments de nombre Z impair possèdent moins d'isotopes stables que les éléments de nombre Z pair.

Utilisation ; analyse isotopique

Un exemple très connu de couple d'isotopes est constitué par le carbone : le carbone est présent en grande majorité sous son isotope de poids atomique 12 (le « carbone 12 ») ; d'autre part, on peut trouver en faible quantité l'isotope de poids atomique 14 (le carbone 14), qui est chimiquement strictement équivalent au carbone 12, mais qui est radioactif. En effet, les neutrons supplémentaires du noyau rendent l'atome instable. Il se désintègre en donnant de l'azote et en émettant un rayonnement bêta.
La proportion de l'isotope stable par rapport à l'isotope instable est la même dans l'atmosphère et dans les tissus des êtres vivants mais elle varie régulièrement au cours du temps à la mort de l'individu puisque les échanges sont stoppés. C'est sur cette variation que se base la plus connue des méthodes de datation radioactive par couple d'isotopes, qui est la méthode de datation par le carbone 14. C'est certainement l'application la plus importante du concept d'isotope. Les traceurs isotopiques sont une autre application de ce concept.
Une application majeure est la séparation des isotopes ²³⁵U et ²³⁸U de l'uranium, aussi appelé enrichissement ; cette séparation est obtenue par diffusion gazeuse ou par centrifugation d'hexafluorure d'uranium UF₆.

Séparation des isotopes par centrifugation

La centrifugation est obtenue par une cascade de centrifugeuses qui élèvent petit à petit le taux de U 235 dans le mélange U 235-U 238 qui peut servir pour un enrichissement de 5 % à des applications civiles de fission ou à 90 % pour des applications militaires.
Les centrifugeuses sont des cylindres étroits tournant à vitesse élevée. La force centrifuge est égale à M.ω².r où M est la masse unitaire, ω la vitesse angulaire de rotation et r le rayon du cylindre. Pour éviter une rupture mécanique on choisit r petit et, afin d'avoir une force appréciable, on choisit ω très élevée (la force est proportionnelle au carré de la vitesse de rotation). Le taux d'enrichissement recherché est obtenu en disposant une quantité importante de centrifugeuses en série (des milliers). Ce mode de séparation est utilisé par des industriels canadiens, russes, européens.