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.)

Demi-vie des isotopes . La région isotopique la plus sombre et la plus stable s'écarte de la ligne des protons (Z) = neutrons (N), à mesure que le nombre d'élément Z devient plus grand.

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).

Isotopes primordiaux (par ordre d'abondance décroissante sur Terre) des éléments pairs-Z
Z
Élément
Stable
Pourritures
instable en italique
nombre impair de neutrons en rose
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
Isotopes primordiaux des éléments impairs-Z
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

185

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

Pas d'isotopes primordiaux
Isotope à vie la plus longue> 1 jour
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
Pas d'isotopes primordiaux
Isotope ayant la plus longue durée de vie <1 jour
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
Tableau périodique avec des éléments colorés en fonction de la demi-vie de leur isotope le plus stable.
   Éléments contenant au moins un isotope stable.
   Éléments légèrement radioactifs: l'isotope le plus stable a une très longue durée de vie, avec une demi-vie de plus de deux millions d'années.
   Éléments significativement radioactifs: l'isotope le plus stable a une demi-vie comprise entre 800 et 34 000 ans.
   Éléments radioactifs: l'isotope le plus stable a une demi-vie comprise entre un jour et 130 ans.
   Eléments hautement radioactifs: l'isotope le plus stable a une demi-vie comprise entre quelques minutes et un jour.
   Éléments extrêmement radioactifs: l'isotope le plus stable a une demi-vie inférieure à quelques minutes.

Voir également

Notes de bas de page

Les références