Liste des éléments par stabilité des isotopes - List of elements by stability of isotopes
Les noyaux atomiques sont constitués de protons et de neutrons , qui s'attirent les uns les autres par la force nucléaire , tandis que les protons se repoussent via la force électrique en raison de leur charge positive . Ces deux forces se font concurrence, ce qui fait que certaines combinaisons de neutrons et de protons sont plus stables que d'autres. Les neutrons stabilisent le noyau, car ils attirent les protons, ce qui permet de compenser la répulsion électrique entre les protons. En conséquence, à mesure que le nombre de protons augmente, un rapport croissant de neutrons aux protons est nécessaire pour former un noyau stable; si trop ou trop peu de neutrons sont présents par rapport au rapport optimal, le noyau devient instable et sujet à certains types de désintégration nucléaire . Les isotopes instables se désintègrent par diverses voies de désintégration radioactive , le plus souvent la désintégration alpha , la désintégration bêta ou la capture d'électrons . De nombreux types rares de désintégration, tels que la fission spontanée ou la désintégration en grappes , sont connus. (Voir Désintégration radioactive pour plus de détails.)
Sur les 82 premiers éléments du tableau périodique , 80 ont des isotopes considérés comme stables. Le 83e élément, le bismuth, était traditionnellement considéré comme ayant l'isotope stable le plus lourd, le bismuth-209 , mais en 2003, des chercheurs d' Orsay , en France, ont mesuré la demi-vie de 209
Bi
être 1,9 × 10 19 ans . Le technétium et le prométhium ( numéros atomiques 43 et 61, respectivement) et tous les éléments avec un numéro atomique supérieur à 82 n'ont que des isotopes connus pour se décomposer par désintégration radioactive . Aucun élément non découvert ne devrait être stable; par conséquent, le plomb est considéré comme l'élément stable le plus lourd. Cependant, il est possible que certains isotopes qui sont maintenant considérés comme stables se décomposent avec des demi-vies extrêmement longues (comme avec 209
Bi
). Cette liste décrit ce qui est convenu par le consensus de la communauté scientifique à partir de 2019.
Pour chacun des 80 éléments stables, le nombre d'isotopes stables est donné. On s'attend à ce que seulement 90 isotopes soient parfaitement stables, et 162 supplémentaires sont énergétiquement instables, mais n'ont jamais été observés pour se désintégrer. Ainsi, 252 isotopes ( nucléides ) sont stables par définition (y compris le tantale-180m, pour lequel aucune désintégration n'a encore été observée). On s'attend à ce que ceux qui pourraient à l'avenir être radioactifs aient des demi-vies supérieures à 10 22 ans (par exemple, le xénon-134).
En avril 2019, il a été annoncé que la demi-vie du xénon-124 avait été mesurée à 1,8 × 10 22 ans. Il s'agit de la demi-vie la plus longue directement mesurée pour tout isotope instable; seule la demi-vie du tellure 128 est plus longue.
Parmi les éléments chimiques, un seul élément ( étain ) a 10 de ces isotopes stables, cinq ont sept isotopes, huit ont six isotopes, dix ont cinq isotopes, neuf ont quatre isotopes, cinq ont trois isotopes stables, 16 ont deux isotopes stables, et 26 ont un seul isotope stable.
De plus, environ 30 nucléides des éléments naturels ont des isotopes instables avec une demi-vie plus grande que l'âge du système solaire (~ 10 9 ans ou plus). Quatre nucléides supplémentaires ont des demi-vies supérieures à 100 millions d'années, ce qui est bien inférieur à l'âge du système solaire, mais suffisamment long pour que certains d'entre eux aient survécu. Ces 34 nucléides radioactifs d'origine naturelle comprennent les nucléides primordiaux radioactifs . Le nombre total de nucléides primordiaux est alors de 252 (les nucléides stables) plus les 34 nucléides primordiaux radioactifs, pour un total de 286 nucléides primordiaux. Ce nombre est sujet à changement si de nouveaux primordiaux à vie plus courte sont identifiés sur Terre.
L'un des nucléides primordiaux est le tantale-180m , qui devrait avoir une demi-vie supérieure à 10 à 15 ans, mais qui n'a jamais été observé pour se désintégrer. La demi-vie encore plus longue de 2,2 × 10 24 ans de tellure-128 a été mesurée par une méthode unique de détection de sa fille radiogène xénon-128 et est la plus longue demi-vie mesurée expérimentalement connue. Un autre exemple notable est le seul isotope naturel du bismuth, le bismuth-209 , qui aurait été instable avec une très longue demi-vie, mais qui se désintègre. En raison de leur longue demi-vie, ces isotopes se trouvent encore sur Terre en diverses quantités et, avec les isotopes stables, ils sont appelés isotopes primordiaux . Tous les isotopes primordiaux sont donnés dans l'ordre de leur abondance décroissante sur Terre . Pour une liste des nucléides primordiaux par ordre de demi-vie, voir Liste des nucléides .
118 éléments chimiques sont connus pour exister. Tous les éléments de l'élément 94 se trouvent dans la nature, et le reste des éléments découverts sont produits artificiellement, avec des isotopes connus pour être hautement radioactifs avec des demi-vies relativement courtes (voir ci-dessous). Les éléments de cette liste sont classés en fonction de la durée de vie de leur isotope le plus stable. Parmi ceux-ci, trois éléments ( bismuth , thorium et uranium ) sont primordiaux car ils ont des demi-vies suffisamment longues pour être encore trouvés sur Terre, tandis que tous les autres sont produits soit par désintégration radioactive, soit synthétisés dans des laboratoires et des réacteurs nucléaires . Seuls 13 des 38 éléments connus mais instables ont des isotopes dont la demi-vie est d'au moins 100 ans. Chaque isotope connu des 25 éléments restants est hautement radioactif; ceux-ci sont utilisés dans la recherche universitaire et parfois dans l'industrie et la médecine. Certains des éléments les plus lourds du tableau périodique peuvent se révéler avoir des isotopes encore non découverts avec des durées de vie plus longues que celles énumérées ici.
Environ 338 nucléides se trouvent naturellement sur Terre. Ceux-ci comprennent 252 isotopes stables, et avec l'addition des 34 radio-isotopes à vie longue avec des demi-vies de plus de 100 millions d'années, un total de 286 nucléides primordiaux , comme indiqué ci-dessus. Les nucléides trouvés naturellement comprennent non seulement les 286 primordiaux, mais comprennent également environ 52 isotopes de plus courte durée (définis par une demi-vie inférieure à 100 millions d'années, trop courte pour avoir survécu à la formation de la Terre) qui sont des filles de les isotopes primordiaux (comme le radium de l' uranium ); ou bien sont fabriqués par des processus naturels énergétiques, tels que le carbone 14 fabriqué à partir de l'azote atmosphérique par bombardement des rayons cosmiques .
Éléments par nombre d'isotopes primordiaux
Un nombre pair de protons ou de neutrons est plus stable ( énergie de liaison plus élevée ) en raison des effets d'appariement , de sorte que les nucléides pairs-pairs sont beaucoup plus stables qu'impairs-impairs. L'un des effets est qu'il existe peu de nucléides impairs-impairs stables: en fait, seuls cinq sont stables, quatre autres ayant des demi-vies supérieures à un milliard d'années.
Un autre effet est d'empêcher la désintégration bêta de nombreux nucléides pairs-pairs en un autre nucléide pair-pair du même nombre de masse mais d'énergie inférieure, car la désintégration progressant un pas à la fois devrait passer par un nucléide impair-impair d'énergie supérieure. (La double désintégration bêta directement de pair-pair à pair-pair, en sautant un nucléide impair-impair, n'est qu'occasionnellement possible, et est un processus si fortement entravé qu'il a une demi-vie supérieure à un milliard de fois l' âge du univers .) Ceci en fait un plus grand nombre de stables nucléides même-même, jusqu'à trois pour certains nombres de masse , et jusqu'à sept pour certains numéros atomiques (de protons) et au moins quatre pour l' ensemble de la stabilité Z des éléments au - delà de fer ( à l' exception strontium et plomb ).
Puisqu'un noyau avec un nombre impair de protons est relativement moins stable, les éléments impairs ont tendance à avoir moins d'isotopes stables. Des 26 éléments « monoisotopiques » qui n'ont qu'un seul isotope stable, tous sauf un ont un numéro atomique impair - la seule exception étant le béryllium . De plus, aucun élément impair n'a plus de deux isotopes stables, tandis que chaque élément pair avec des isotopes stables, à l'exception de l'hélium, du béryllium et du carbone, en a au moins trois. Un seul élément impair, le potassium , possède trois isotopes primordiaux; aucun n'en a plus de trois.
les tables
Les tableaux suivants donnent les éléments avec des nucléides primordiaux , ce qui signifie que l'élément peut encore être identifié sur Terre à partir de sources naturelles, étant présent depuis que la Terre a été formée à partir de la nébuleuse solaire. Ainsi, aucune n'est fille à vie plus courte de primordiaux parentaux à plus longue durée de vie, comme le radon . Deux nucléides qui ont des demi-vies suffisamment longues pour être primordiales, mais qui n'ont pas encore été observés de manière concluante en tant que tels ( 244 Pu et 146 Sm), ont été exclus.
Les tableaux d'éléments sont triés par ordre décroissant de nombre de nucléides associés à chaque élément. (Pour une liste entièrement triée en termes de demi-vies des nucléides, avec mélange d'éléments, voir Liste des nucléides .) Les nucléides stables et instables ( désintégrations marquées ) sont indiqués, avec les symboles des nucléides instables (radioactifs) en italique. Notez que le tri ne donne pas tout à fait les éléments uniquement par ordre de nucléides stables, car certains éléments ont un plus grand nombre de nucléides instables à vie longue, qui les placent devant les éléments avec un plus grand nombre de nucléides stables. Par convention, les nucléides sont considérés comme "stables" s'ils n'ont jamais été observés se désintégrer par l'expérience ou par l'observation de produits de désintégration (les nucléides à vie extrêmement longue instables seulement en théorie, comme le tantale-180m, sont considérés comme stables).
Le premier tableau concerne les éléments à numéro atomique pair , qui ont tendance à avoir des nucléides beaucoup plus primordiaux, en raison de la stabilité conférée par l'appariement proton-proton. Un deuxième tableau séparé est donné pour les éléments aux numéros atomiques impairs, qui ont tendance à avoir beaucoup moins de nucléides instables stables et à longue durée de vie (primordiaux).
Z |
Élément |
Stable |
Pourritures |
instable en italique | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
50 | étain | dix | - | 120 Sn |
118 Sn |
116 Sn |
119 Sn |
117 Sn |
124 Sn |
122 Sn |
112 Sn |
114 Sn |
115 Sn |
54 | xénon | 7 | 2 | 132 Xe |
129 Xe |
131 Xe |
134 Xe |
136 Xe |
130 Xe |
128 Xe |
124 Xe |
126 Xe |
|
48 | cadmium | 6 | 2 | 114 CD |
112 CD |
111 CD |
110 CD |
113 CD |
116 CD |
106 CD |
108 CD |
||
52 | tellure | 6 | 2 | 130 Te |
128 Te |
126 Te |
125 Te |
124 Te |
122 Te |
123 Te |
120 Te |
||
44 | ruthénium | 7 | - | 102 Ru |
104 Ru |
101 Ru |
99 Ru |
100 Ru |
96 Ru |
98 Ru |
|||
66 | dysprosium | 7 | - | 164 Dy |
162 Dy |
163 Dy |
161 Dy |
160 Dy |
158 Dy |
156 Dy |
|||
70 | ytterbium | 7 | - | 174 Yb |
172 Yb |
173 Yb |
171 Yb |
176 Yb |
170 Yb |
168 Yb |
|||
80 | Mercure | 7 | - | 202 Hg |
200 Hg |
199 Hg |
201 Hg |
198 Hg |
204 Hg |
196 Hg |
|||
42 | molybdène | 6 | 1 | 98 Mo |
96 Mo |
95 Mo |
92 Mo |
100 Mo |
97 Mo |
94 Mo |
|||
56 | baryum | 6 | 1 | 138 Ba |
137 Ba |
136 Ba |
135 Ba |
134 Ba |
132 Ba |
130 Ba |
|||
64 | gadolinium | 6 | 1 | 158 Gd |
160 Gd |
156 Gd |
157 Gd |
155 Gd |
154 Gd |
152 Gd |
|||
76 | osmium | 6 | 1 | 192 Os |
190 Os |
189 Os |
188 Os |
187 Os |
186 Os |
184 Os |
|||
60 | néodyme | 5 | 2 | 142 Nd |
144 Nd |
146 Nd |
143 Nd |
145 Nd |
148 Nd |
150 Nd |
|||
62 | samarium | 5 | 2 | 152 Sm |
154 Sm |
147 Sm |
149 Sm |
148 Sm |
150 Sm |
144 Sm |
|||
46 | palladium | 6 | - | 106 Pd |
108 Pd |
105 Pd |
110 Pd |
104 Pd |
102 Pd |
||||
68 | erbium | 6 | - | 166 Euh |
168 Euh |
167 Euh |
170 Euh |
164 Euh |
162 Euh |
||||
20 | calcium | 5 | 1 | 40 Californie |
44 Californie |
42 Californie |
48 Californie |
43 Californie |
46 Californie |
||||
34 | sélénium | 5 | 1 | 80 Se |
78 Se |
76 Se |
82 Se |
77 Se |
74 Se |
||||
36 | krypton | 5 | 1 | 84 Kr |
86 Kr |
82 Kr |
83 Kr |
80 Kr |
78 Kr |
||||
72 | hafnium | 5 | 1 | 180 Hf |
178 Hf |
177 Hf |
179 Hf |
176 Hf |
174 Hf |
||||
78 | platine | 5 | 1 | 195 Pt |
194 Pt |
196 Pt |
198 Pt |
192 Pt |
190 Pt |
||||
22 | titane | 5 | - | 48 Ti |
46 Ti |
47 Ti |
49 Ti |
50 Ti |
|||||
28 | nickel | 5 | - | 58 Ni |
60 Ni |
62 Ni |
61 Ni |
64 Ni |
|||||
30 | zinc | 5 | - | 64 Zn |
66 Zn |
68 Zn |
67 Zn |
70 Zn |
|||||
32 | germanium | 4 | 1 | 74 Ge |
72 Ge |
70 Ge |
73 Ge |
76 Ge |
|||||
40 | zirconium | 4 | 1 | 90 Zr |
94 Zr |
92 Zr |
91 Zr |
96 Zr |
|||||
74 | tungstène | 4 | 1 | 184 W |
186 W |
182 W |
183 W |
180 W |
|||||
16 | soufre | 4 | - | 32 S |
34 S |
33 S |
36 S |
||||||
24 | chrome | 4 | - | 52 Cr |
53 Cr |
50 Cr |
54 Cr |
||||||
26 | le fer | 4 | - | 56 Fe |
54 Fe |
57 Fe |
58 Fe |
||||||
38 | strontium | 4 | - | 88 Sr |
86 Sr |
87 Sr |
84 Sr |
||||||
58 | cérium | 4 | - | 140 Ce |
142 Ce |
138 Ce |
136 Ce |
||||||
82 | conduire | 4 | - | 208 Pb |
206 Pb |
207 Pb |
204 Pb |
||||||
8 | oxygène | 3 | - | 16 O |
18 O |
17 O |
|||||||
dix | néon | 3 | - | 20 Ne |
22 Ne |
21 Ne |
|||||||
12 | magnésium | 3 | - | 24 Mg |
26 Mg |
25 Mg |
|||||||
14 | silicium | 3 | - | 28 Si |
29 Si |
30 Si |
|||||||
18 | argon | 3 | - | 40 Ar |
36 Ar |
38 Ar |
|||||||
2 | hélium | 2 | - | 4 Il |
3 Il |
||||||||
6 | carbone | 2 | - | 12 C |
13 C |
||||||||
92 | uranium | 0 | 2 | 238 U |
235 U |
||||||||
4 | béryllium | 1 | - |
9 Être |
|||||||||
90 | thorium | 0 | 1 |
232 E |
Z |
Élément |
Poignarder |
déc |
instable: italique impair N en rose
|
||
---|---|---|---|---|---|---|
19 | potassium | 2 | 1 | 39 K |
41 K |
40 K |
1 | hydrogène | 2 | - | 1 H |
2 H |
|
3 | lithium | 2 | - | 7 Li |
6 Li |
|
5 | bore | 2 | - | 11 B |
dix B |
|
7 | azote | 2 | - | 14 N |
15 N |
|
17 | chlore | 2 | - | 35 Cl |
37 Cl |
|
29 | cuivre | 2 | - | 63 Cu |
65 Cu |
|
31 | gallium | 2 | - | 69 Géorgie |
71 Géorgie |
|
35 | brome | 2 | - | 79 Br |
81 Br |
|
47 | argent | 2 | - | 107 Ag |
109 Ag |
|
51 | antimoine | 2 | - | 121 Sb |
123 Sb |
|
73 | tantale | 2 | - | 181 Ta |
180m Ta |
|
77 | iridium | 2 | - | 193 Ir |
191 Ir |
|
81 | thallium | 2 | - | 205 Tl |
203 Tl |
|
23 | vanadium | 1 | 1 | 51 V |
50 V |
|
37 | rubidium | 1 | 1 | 85 Rb |
87 Rb |
|
49 | indium | 1 | 1 | 115 Dans |
113 Dans |
|
57 | lanthane | 1 | 1 | 139 La |
138 La |
|
63 | europium | 1 | 1 | 153 UE |
151 UE |
|
71 | lutétium | 1 | 1 | 175 Lu |
176 Lu |
|
75 | rhénium | 1 | 1 | 187 Ré |
185 Ré |
|
9 | fluor | 1 | - |
19 F |
||
11 | sodium | 1 | - |
23 N / A |
||
13 | aluminium | 1 | - |
27 Al |
||
15 | phosphore | 1 | - |
31 P |
||
21 | scandium | 1 | - |
45 Sc |
||
25 | manganèse | 1 | - |
55 Mn |
||
27 | cobalt | 1 | - |
59 Co |
||
33 | arsenic | 1 | - |
75 Comme |
||
39 | yttrium | 1 | - |
89 Oui |
||
41 | niobium | 1 | - |
93 Nb |
||
45 | rhodium | 1 | - |
103 Rh |
||
53 | iode | 1 | - |
127 je |
||
55 | césium | 1 | - |
133 Cs |
||
59 | praséodyme | 1 | - |
141 Pr |
||
65 | terbium | 1 | - |
159 Tb |
||
67 | holmium | 1 | - |
165 Ho |
||
69 | thulium | 1 | - |
169 Tm |
||
79 | or | 1 | - |
197 Au |
||
83 | bismuth | 0 | 1 |
209 Bi |
Éléments sans isotopes primordiaux
Z |
Élément |
t 1⁄2 | Isotope à durée de vie la plus longue |
---|---|---|---|
94 | plutonium | 8,08 × 10 7 ans |
244 Pu |
96 | curium | 1,56 × 10 7 ans |
247 Cm |
43 | technétium | 4,21 × 10 6 ans |
97 Tc |
93 | neptunium | 2,14 × 10 6 ans |
237 Np |
91 | protactinium | 32 760 ans |
231 Pennsylvanie |
95 | américium | 7 370 ans |
243 Un m |
88 | radium | 1 600 ans |
226 Ra |
97 | berkelium | 1380 ans |
247 Bk |
98 | Californie | 900 ans |
251 Cf |
84 | polonium | 125 ans |
209 Po |
89 | actinium | 21,772 ans |
227 Ac |
61 | prométhium | 17,7 ans |
145 PM |
99 | einsteinium | 1,293 an |
252 Es |
100 | fermium | 100,5 j |
257 Fm |
101 | mendélévium | 51,3 j |
258 Maryland |
86 | radon | 3,823 j |
222 Rn |
105 | dubnium | 1,2 j |
268 Db |
Z |
Élément |
t 1⁄2 | Isotope à durée de vie la plus longue |
---|---|---|---|
103 | lawrencium | 11 heures |
266 G / D |
85 | astatine | 8,1 heures |
210 À |
104 | rutherfordium | 1,3 heure |
267 Rf |
102 | nobelium | 58 min |
259 Non |
87 | francium | 22 min |
223 Fr |
106 | seaborgium | 14 min |
269 Sg |
111 | roentgenium | 1,7 min |
282 Rg |
107 | bohrium | 1 minute |
270 Bh |
112 | copernicium | 28 s |
285 Cn |
108 | hassium | 16 s |
269 Hs |
110 | darmstadtium | 12,7 s |
281 Ds |
113 | nihonium | 9,5 s |
286 Nh |
109 | meitnerium | 4,5 s |
278 Mt |
114 | flerovium | 1,9 s |
289 Fl |
115 | Moscou | 650 ms |
290 Mc |
116 | livermorium | 57 ms |
293 Lv |
117 | tennessine | 51 ms |
294 Ts |
118 | oganesson | 690 μs |
294 Og |
Voir également
- Île de stabilité
- Isotope § Propriétés et stabilité nucléaires
- Liste des nucléides
- Liste des nucléides radioactifs par demi-vie
- Nucléide primordial
- Nucléide stable
- Rapport isotopique stable
- Tableau des nucléides
Notes de bas de page
- a Voir Stabilité des isotopes du technétium pour une discussion détaillée sur les raisons pour lesquelles le technétium et le prométhium n'ont pas d'isotopes stables.
- b Les isotopes dont la demi-vie est supérieure à environ 10 8 ans peuvent encore être trouvés sur Terre, mais seuls ceux dont la demi-vie est supérieure à 7 × 10 8 ans (à partir de 235 U) se retrouvent en quantités appréciables. La liste actuelle néglige quelques isotopes dont la demi-vie est d'environ 10 à 8 ans car ils ont été mesurés en petites quantités sur Terre. L'uranium-234 avec sa demi-vie de 246 000 ans et son abondance isotopique naturelle de 0,0055% est un cas particulier: c'est un produit de désintégration de l' uranium-238 plutôt qu'un nucléide primordial.
- c Il existe des isotopes instables avec des demi-vies extrêmement longues qui se trouvent également sur Terre, et certains d'entre eux sont encore plus abondants que tous les isotopes stables d'un élément donné (par exemple, le bêta-actif 187 Re est deux fois plus abondant que stable 185 Re). En outre, une plus grande abondance naturelle d'un isotope implique simplement que sa formation a été favorisée par le processus de nucléosynthèse stellaire qui a produit la matière constituant maintenant la Terre (et, bien sûr, le reste du système solaire ) (voir aussi Formation et évolution de la Système solaire ).
-
d Alors que le bismuth n'a qu'un seul isotope primordial, l'uranium a trois isotopes qui se trouvent dans la nature en quantités significatives ( 238
U
, 235
U
, et 234
U
; les deux premiers sont primordiaux, tandis que 234 U est radiogène), et le thorium en a deux (primordial 232
E
et radiogène 230
E
). - e Voir de nombreuses applications industrielles et médicales des éléments radioactifs dans les radionucléides , la médecine nucléaire , les émetteurs bêta courants , les isotopes émetteurs gamma couramment utilisés , le fluor-18 , le cobalt-60 , le strontium-90 , le technétium-99m , l' iode-123 , l' iode- 124 , Promethium-147 , Iridium-192 , etc.
- f Pour les éléments avec un numéro atomique plus élevé que le californium (avec Z> 98), il peut exister des isotopes non découverts qui sont plus stables que les connus .
- g Légende: an = année , j = jour , h = heure , min = minute , s = seconde .