Isotope stable

Un isotope stable d'un élément chimique est un isotope qui n'a pas de radioactivité décelable[alpha 1]. Au , 256 nucléides correspondant à 80 éléments étaient considérés comme stables, bien que le calcul pour un nombre significatif d'entre eux suggère qu'ils devraient connaître certains modes de désintégration. Les éléments 43 et 61 — respectivement le technétium et le prométhium — n'ont aucun isotope stable ; le technétium 99 est présent naturellement à l'état de traces. Cette liste est sans doute amenée à se réduire au fur et à mesure que le seuil de sensibilité des expériences destinées à établir la radioactivité de ces nucléides diminue.

  1 2   3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H     He
2 Li Be   B C N O F Ne
3 Na Mg   Al Si P S Cl Ar
4 K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba
*		 Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra
*
*		 Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
  ↓    
 
*		 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb  
 
*
*		 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No  
       
  Pb   Un isotope au moins de cet élément est stable
  Cm   Un isotope a une période d'au moins 4 millions d'années
  Cf   Un isotope a une période d'au moins 800 ans
  Md   Un isotope a une période d'au moins 1 journée
  Bh   Un isotope a une période d'au moins 1 minute
  Og   Tous les isotopes connus ont une période inférieure à 1 minute

Stabilité des noyaux atomiques

La physique des noyaux atomiques est gouvernée par les trois interactions fondamentales du modèle standard de la physique des particules : l'interaction forte, l'interaction faible et l'interaction électromagnétique. Chaque noyau atomique est défini par le nombre de protons et de neutrons qu'il contient, ainsi que par son énergie totale, l'ensemble définissant les différents arrangements des particules selon lesquels l'énergie totale du système peut être distribuée. Plus il y a d'arrangements possibles et plus le système est stable : l'état présentant le plus grand nombre d'arrangements possibles est appelé état fondamental ; c'est celui vers lequel tendent tous les autres états de ce système.

Toute transition d'un état du système vers un autre requiert une énergie d'activation, fournie, dans le cas des noyaux atomiques, par les fluctuations du vide quantique. Lorsque de telles fluctuations suffisent à faire basculer un noyau atomique d'un état donné vers un état d'énergie inférieure, ce noyau est dit instable : il peut, selon les cas, émettre des photons énergétiques (radioactivité γ), des électrons ou des positrons avec des neutrinos électroniques (radioactivité β), des noyaux d'hélium 4 (radioactivité α), ou encore se briser par fission spontanée :

  • La radioactivité γ intervient lors de la transition d'un état excité du noyau vers un état excité d'énergie inférieure ou vers son état fondamental ; cela s'observe notamment avec les isomères nucléaires, ou à la suite d'une désintégration β ou α ou d'une fission spontanée, les produits de fission étant généralement excités.
  • La radioactivité β, gouvernée par l'interaction faible, concerne les noyaux possédant un excédant de protons (désintégration β+) ou de neutrons (désintégration β−).
  • La radioactivité α, gouvernée par l'interaction forte ainsi que par l'électromagnétisme, concerne essentiellement les gros noyaux (dès environ 60 protons et 85 neutrons), qui tendent à éliminer des noyaux d'hélium 4 pour s'alléger et gagner en stabilité.
  • La fission spontanée est une « explosion » des très gros noyaux en deux ou trois morceaux, accompagnés de neutrons.

Lorsqu'en revanche les fluctuations du vide ne déclenchent pas de changement d'état du noyau atomique, ce dernier est dit stable et ne présente donc aucune radioactivité.

Liste des isotopes stables
Élément Z N A Isotope Mode de désintégration calculé
mais non encore observé
Hydrogène 1 0 1 Protium
Hydrogène 1 1 2 Deutérium
Hélium 2 1 3 Hélium 3
Hélium 2 2 4 Hélium 4
Lithium 3 3 6 Lithium 6
Lithium 3 4 7 Lithium 7
Béryllium 4 5 9 Béryllium 9
Bore 5 5 10 Bore 10
Bore 5 6 11 Bore 11
Carbone 6 6 12 Carbone 12
Carbone 6 7 13 Carbone 13
Azote 7 7 14 Azote 14
Azote 7 8 15 Azote 15
Oxygène 8 8 16 Oxygène 16
Oxygène 8 9 17 Oxygène 17
Oxygène 8 10 18 Oxygène 18
Fluor 9 10 19 Fluor 19
Néon 10 10 20 Néon 20
Néon 10 11 21 Néon 21
Néon 10 12 22 Néon 22
Sodium 11 12 23 Sodium 23
Magnésium 12 12 24 Magnésium 24
Magnésium 12 13 25 Magnésium 25
Magnésium 12 14 26 Magnésium 26
Aluminium 13 14 27 Aluminium 27
Silicium 14 14 28 Silicium 28
Silicium 14 15 29 Silicium 29
Silicium 14 16 30 Silicium 30
Phosphore 15 16 31 Phosphore 31
Soufre 16 16 32 Soufre 32
Soufre 16 17 33 Soufre 33
Soufre 16 18 34 Soufre 34
Soufre 16 20 36 Soufre 36
Chlore 17 18 35 Chlore 35
Chlore 17 20 37 Chlore 37
Argon 18 18 36 Argon 36 double capture électronique
Argon 18 20 38 Argon 38
Argon 18 22 40 Argon 40
Potassium 19 20 39 Potassium 39
Potassium 19 22 41 Potassium 41
Calcium 20 20 40 Calcium 40 double capture électronique
Calcium 20 22 42 Calcium 42
Calcium 20 23 43 Calcium 43
Calcium 20 24 44 Calcium 44
Calcium 20 26 46 Calcium 46 double désintégration bêta
Scandium 21 24 45 Scandium 45
Titane 22 24 46 Titane 46
Titane 22 25 47 Titane 47
Titane 22 26 48 Titane 48
Titane 22 27 49 Titane 49
Titane 22 28 50 Titane 50
Vanadium 23 28 51 Vanadium 51
Chrome 24 26 50 Chrome 50 double capture électronique
Chrome 24 28 52 Chrome 52
Chrome 24 29 53 Chrome 53
Chrome 24 30 54 Chrome 54
Manganèse 25 30 55 Manganèse 55
Fer 26 28 54 Fer 54 double capture électronique
Fer 26 30 56 Fer 56
Fer 26 31 57 Fer 57
Fer 26 32 58 Fer 58
Cobalt 27 32 59 Cobalt 59
Nickel 28 30 58 Nickel 58 double capture électronique
Nickel 28 32 60 Nickel 60
Nickel 28 33 61 Nickel 61
Nickel 28 34 62 Nickel 62
Nickel 28 36 64 Nickel 64
Cuivre 29 34 63 Cuivre 63
Cuivre 29 36 65 Cuivre 65
Zinc 30 34 64 Zinc 64 double capture électronique
Zinc 30 36 66 Zinc 66
Zinc 30 37 67 Zinc 67
Zinc 30 38 68 Zinc 68
Zinc 30 40 70 Zinc 70 double désintégration bêta
Gallium 31 38 69 Gallium 69
Gallium 31 40 71 Gallium 71
Germanium 32 38 70 Germanium 70
Germanium 32 40 72 Germanium 72
Germanium 32 41 73 Germanium 73
Germanium 32 42 74 Germanium 74
Arsenic 33 42 75 Arsenic 75
Sélénium 34 40 74 Sélénium 74 double capture électronique
Sélénium 34 42 76 Sélénium 76
Sélénium 34 43 77 Sélénium 77
Sélénium 34 44 78 Sélénium 78
Sélénium 34 46 80 Sélénium 80 double désintégration bêta
Brome 35 44 79 Brome 79
Brome 35 46 81 Brome 81
Krypton 36 44 80 Krypton 80
Krypton 36 46 82 Krypton 82
Krypton 36 47 83 Krypton 83
Krypton 36 48 84 Krypton 84
Krypton 36 50 86 Krypton 86 double désintégration bêta
Rubidium 37 48 85 Rubidium 85
Strontium 38 46 84 Strontium 84 double capture électronique
Strontium 38 48 86 Strontium 86
Strontium 38 49 87 Strontium 87
Strontium 38 50 88 Strontium 88
Yttrium 39 50 89 Yttrium 89
Zirconium 40 50 90 Zirconium 90
Zirconium 40 51 91 Zirconium 91
Zirconium 40 52 92 Zirconium 92
Zirconium 40 54 94 Zirconium 94 double désintégration bêta
Niobium 41 52 93 Niobium 93
Molybdène 42 50 92 Molybdène 92 double capture électronique
Molybdène 42 52 94 Molybdène 94
Molybdène 42 53 95 Molybdène 95
Molybdène 42 54 96 Molybdène 96
Molybdène 42 55 97 Molybdène 97
Molybdène 42 56 98 Molybdène 98 double désintégration bêta
Ruthénium 44 52 96 Ruthénium 96 double capture électronique
Ruthénium 44 54 98 Ruthénium 98
Ruthénium 44 55 99 Ruthénium 99
Ruthénium 44 56 100 Ruthénium 100
Ruthénium 44 57 101 Ruthénium 101
Ruthénium 44 58 102 Ruthénium 102
Ruthénium 44 60 104 Ruthénium 104 double désintégration bêta
Rhodium 45 58 103 Rhodium 103
Palladium 46 56 102 Palladium 102 double capture électronique
Palladium 46 58 104 Palladium 104
Palladium 46 59 105 Palladium 105
Palladium 46 60 106 Palladium 106
Palladium 46 62 108 Palladium 108
Palladium 46 64 110 Palladium 110 double désintégration bêta
Argent 47 60 107 Argent 107
Argent 47 62 109 Argent 109
Cadmium 48 58 106 Cadmium 106 double capture électronique
Cadmium 48 60 108 Cadmium 108 double capture électronique
Cadmium 48 62 110 Cadmium 110
Cadmium 48 63 111 Cadmium 111
Cadmium 48 64 112 Cadmium 112
Cadmium 48 66 114 Cadmium 114 double désintégration bêta
Indium 49 64 113 Indium 113
Étain 50 62 112 Étain 112 double capture électronique
Étain 50 64 114 Étain 114
Étain 50 65 115 Étain 115
Étain 50 66 116 Étain 116
Étain 50 67 117 Étain 117
Étain 50 68 118 Étain 118
Étain 50 69 119 Étain 119
Étain 50 70 120 Étain 120
Étain 50 72 122 Étain 122 double désintégration bêta
Étain 50 74 124 Étain 124 double désintégration bêta
Antimoine 51 70 121 Antimoine 121
Antimoine 51 72 123 Antimoine 123
Tellure 52 68 120 Tellure 120 double capture électronique
Tellure 52 70 122 Tellure 122
Tellure 52 71 123 Tellure 123 capture électronique
Tellure 52 72 124 Tellure 124
Tellure 52 73 125 Tellure 125
Tellure 52 74 126 Tellure 126
Iode 53 74 127 Iode 127
Xénon 54 72 126 Xénon 126 double capture électronique
Xénon 54 74 128 Xénon 128
Xénon 54 75 129 Xénon 129
Xénon 54 76 130 Xénon 130
Xénon 54 77 131 Xénon 131
Xénon 54 78 132 Xénon 132
Xénon 54 80 134 Xénon 134 double désintégration bêta
Xénon 54 82 136 Xénon 136 double désintégration bêta
Césium 55 78 133 Césium 133
Baryum 56 74 130 Baryum 130 double capture électronique
Baryum 56 76 132 Baryum 132 double capture électronique
Baryum 56 78 134 Baryum 134
Baryum 56 79 135 Baryum 135
Baryum 56 80 136 Baryum 136
Baryum 56 81 137 Baryum 137
Baryum 56 82 138 Baryum 138
Lanthane 57 82 139 Lanthane 139
Cérium 58 78 136 Cérium 136 double capture électronique
Cérium 58 80 138 Cérium 138 double capture électronique
Cérium 58 82 140 Cérium 140
Cérium 58 84 142 Cérium 142 radioactivité α, double désintégration bêta
Praséodyme 59 82 141 Praséodyme 141
Néodyme 60 82 142 Néodyme 142
Néodyme 60 83 143 Néodyme 143 radioactivité α
Néodyme 60 85 145 Néodyme 145 radioactivité α
Néodyme 60 86 146 Néodyme 146 radioactivité α, double désintégration bêta
Néodyme 60 88 148 Néodyme 148 radioactivité α, double désintégration bêta
Samarium 62 82 144 Samarium 144 double capture électronique
Samarium 62 87 149 Samarium 149 radioactivité α
Samarium 62 88 150 Samarium 150 radioactivité α
Samarium 62 90 152 Samarium 152 radioactivité α
Samarium 62 92 154 Samarium 154 double désintégration bêta
Europium 63 90 153 Europium 153 radioactivité α
Gadolinium 64 90 154 Gadolinium 154 radioactivité α
Gadolinium 64 91 155 Gadolinium 155 radioactivité α
Gadolinium 64 92 156 Gadolinium 156
Gadolinium 64 93 157 Gadolinium 157
Gadolinium 64 94 158 Gadolinium 158
Gadolinium 64 96 160 Gadolinium 160 double désintégration bêta
Terbium 65 94 159 Terbium 159
Dysprosium 66 90 156 Dysprosium 156 radioactivité α, double capture électronique
Dysprosium 66 92 158 Dysprosium 158 radioactivité α, double capture électronique
Dysprosium 66 94 160 Dysprosium 160 radioactivité α
Dysprosium 66 95 161 Dysprosium 161 radioactivité α
Dysprosium 66 96 162 Dysprosium 162 radioactivité α
Dysprosium 66 97 163 Dysprosium 163
Dysprosium 66 98 164 Dysprosium 164
Holmium 67 98 165 Holmium 165 radioactivité α
Erbium 68 94 162 Erbium 162 radioactivité α, double capture électronique
Erbium 68 96 164 Erbium 164 radioactivité α, double capture électronique
Erbium 68 98 166 Erbium 166 radioactivité α
Erbium 68 99 167 Erbium 167 radioactivité α
Erbium 68 100 168 Erbium 168 radioactivité α
Erbium 68 102 170 Erbium 170 radioactivité α, double désintégration bêta
Thulium 69 100 169 Thulium 169 radioactivité α
Ytterbium 70 98 168 Ytterbium 168 radioactivité α, double capture électronique
Ytterbium 70 100 170 Ytterbium 170 radioactivité α
Ytterbium 70 101 171 Ytterbium 171 radioactivité α
Ytterbium 70 102 172 Ytterbium 172 radioactivité α
Ytterbium 70 103 173 Ytterbium 173 radioactivité α
Ytterbium 70 104 174 Ytterbium 174 radioactivité α
Ytterbium 70 106 176 Ytterbium 176 radioactivité α, double désintégration bêta
Lutécium 71 104 175 Lutécium 175 radioactivité α
Hafnium 72 104 176 Hafnium 176 radioactivité α
Hafnium 72 105 177 Hafnium 177 radioactivité α
Hafnium 72 106 178 Hafnium 178 radioactivité α
Hafnium 72 107 179 Hafnium 179 radioactivité α
Hafnium 72 108 180 Hafnium 180 radioactivité α
Tantale 73 107 180 Tantale 180m radioactivité α, radioactivité β, capture électronique, transition isomérique
Tantale 73 108 181 Tantale 181 radioactivité α
Tungstène 74 108 182 Tungstène 182 radioactivité α
Tungstène 74 109 183 Tungstène 183 radioactivité α
Tungstène 74 110 184 Tungstène 184 radioactivité α
Tungstène 74 112 186 Tungstène 186 radioactivité α, double désintégration bêta
Rhénium 75 110 185 Rhénium 185 radioactivité α
Osmium 76 108 184 Osmium 184 radioactivité α, double capture électronique
Osmium 76 111 187 Osmium 187 radioactivité α
Osmium 76 112 188 Osmium 188 radioactivité α
Osmium 76 113 189 Osmium 189 radioactivité α
Osmium 76 114 190 Osmium 190 radioactivité α
Osmium 76 116 192 Osmium 192 radioactivité α, double désintégration bêta
Iridium 77 114 191 Iridium 191 radioactivité α
Iridium 77 116 193 Iridium 193 radioactivité α
Platine 78 114 192 Platine 192 radioactivité α
Platine 78 116 194 Platine 194 radioactivité α
Platine 78 117 195 Platine 195 radioactivité α
Platine 78 118 196 Platine 196 radioactivité α
Platine 78 120 198 Platine 198 radioactivité α, double désintégration bêta
Or 79 118 197 Or 197 radioactivité α
Mercure 80 116 196 Mercure 196 radioactivité α, double capture électronique
Mercure 80 118 198 Mercure 198 radioactivité α
Mercure 80 119 199 Mercure 199 radioactivité α
Mercure 80 120 200 Mercure 200 radioactivité α
Mercure 80 121 201 Mercure 201 radioactivité α
Mercure 80 122 202 Mercure 202 radioactivité α
Mercure 80 124 204 Mercure 204 double désintégration bêta
Thallium 81 122 203 Thallium 203 radioactivité α
Thallium 81 124 205 Thallium 205 radioactivité α
Plomb 82 122 204 Plomb 204 radioactivité α
Plomb 82 124 206 Plomb 206 radioactivité α
Plomb 82 125 207 Plomb 207 radioactivité α
Plomb 82 126 208 Plomb 208 radioactivité α

Le plus lourd des isotopes stables est le plomb 208, qui a la particularité d'être « doublement magique », avec un nombre magique à la fois de protons et de neutrons.

Isotopes quasi stables

Les isotopes des éléments du milieu naturel ne se limitent pas à leurs seuls isotopes stables : certains isotopes instables mais à très longue période radioactive — parfois supérieure de plusieurs ordres de grandeur à l'âge de l'univers — ont une abondance naturelle significative :

  • ils peuvent représenter la forme dominante de certains éléments, comme c'est typiquement le cas de l'indium et du rhénium avec respectivement le 115In (avec une période de 441 mille milliards d'années par radioactivité β et qui constitue 95,7 % de l'indium terrestre) et le 187Re (avec une période de 43,5 milliards d'années par radioactivité β et qui constitue 62,4 % du rhénium terrestre) ;
  • les deux isotopes les plus abondants du tellure sont également radioactifs, mais avec des périodes tellement longues que leur radioactivité devient à peine mesurable : le 130Te et le 128Te, avec respectivement 7,9×1020 et 2,2×1024 années (cent soixante mille milliards de fois l'âge de l'univers) par double désintégration bêta ;
  • le potassium 40 représente 0,0117 % du potassium terrestre et est utilisé pour la datation de certaines roches riches en potassium ; il constitue la principale source de radioactivité des organismes vivants ;
  • le calcium 48 représente 0,187 % du calcium terrestre, avec une radioactivité infime par double désintégration bêta, selon une période radioactive de 4,3+3.8
    −2.5    ×1019 années, malgré son fort excès en neutrons ; il est « doublement magique », et très utilisé en physique nucléaire pour la synthèse d'éléments superlourds ;
  • certains éléments dépourvus d'isotope stable ont néanmoins une abondance naturelle non négligeable, notamment le bismuth, le thorium et l'uranium, chacun ayant un isotope dont la période excède le milliard d'années (celle du bismuth 209 est de 1,9×1019 années) ;
  • Une vingtaine d'autres isotopes quasi stables sont présents dans le milieu naturel :

Notes et références
  1. Dans le jargon des géochimistes, et notamment dans l'expression « géochimie des isotopes stables », le terme « isotope stable » est utilisé avec un sens plus restreint, celui d'isotope à la fois stable et non radiogénique.

Articles connexes


1  H                                                             He
2  Li Be   B C N O F Ne
3  Na Mg   Al Si P S Cl Ar
4  K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5  Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6  Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7  Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
Tableau périodique des isotopes
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