La théorie des isotopes
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La théorie des isotopes a été élaborée et confirmée au début du 20e siècle par plusieurs scientifiques, dont Frederick Soddy.
En 1913, soit 15 ans après la découverte de la radioactivité, les chimistes avaient découvert plus d'une quarantaine de nouveaux éléments dans les minerais de thorium et d'uranium, c'est-à-dire beaucoup plus que n’en laissaient encore disponibles le tableau de Mendeleïev. Par ailleurs, ces nouveaux éléments, ou radioéléments, présentent des propriétés chimiques identiques à celles d'éléments connus, tels l'uranium, le thorium, le bismuth, le plomb ou le tantale.
Pour interpréter ces faits, Soddy propose en 1913 la théorie des isotopes : les isotopes occupent la même case dans le tableau périodique, présentent les mêmes propriétés chimiques, mais diffèrent par leurs poids atomiques et leurs durées de vie radioactive. Soddy indique également le principe de la formation des radioéléments par émission de particules α ou β. Theodore W. Richards apporte en 1914 une confirmation expérimentale de la théorie de l'isotopie, en montrant que le poids atomique du plomb extrait d'un minerai contenant du thorium ou de l'uranium est, légèrement mais sûrement, différent de celui du plomb extrait d'un minerai non radioactif. L'existence d'isotopes dans de nombreux éléments non radioactifs, tels le néon et le chlore, va être rapidement établie, en particulier avec les travaux de Joseph J. Thomson et de Francis W. Aston. Soddy reçoit le prix Nobel de chimie 1921.
