Isotopes du potassium

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Le potassium (K) possède 24 isotopes connus de nombre de masse variant entre 32 et 55, ainsi que quatre isomères nucléaires. Le potassium est présent dans la nature sous la forme de trois isotopes : 39K (93,3 %) et 41K (6,7 %), tous deux stables, et un radioisotope à longue durée de vie (demi-vie de 1,248 milliard d'années), 40K (0,012 %). Sa masse atomique standard est de 39,0983(1) u. Les autres radioisotopes du potassium ont tous une demi-vie inférieure à une journée, et pour la plupart d'entre eux inférieure à une minute.

Les isotopes les plus légers (32K, 33K et 34K) se désintègrent par émission de proton en isotopes de l'argon, ceux un peu plus lourds, mais plus légers que les isotopes stables et 40K se désintègrent principalement par désintégration β+, toujours en isotopes de l'argon, et les radioisotopes les plus lourds, 40K inclus, principalement par désintégration β- en isotopes du calcium.

Potassium 40[modifier | modifier le code]

Article détaillé : potassium 40.

Le potassium 40 (40K) possède un noyau constitué de 19 protons et de 21 neutrons. Radioisotope primordial, malgré sa faible occurrence comme isotope du potassium, il est présent en relativement grande quantité dans la nature et est même la principale source de radioactivité chez les être vivants en bonne santé, plus grande par exemple que le carbone 14. Dans un corps humain de 70 kg, environ 4400 noyaux de 40K se désintègrent par seconde[1].

Le potassium 40 se désintègre principalement (88,8 %) par désintégration β- en 40Ca, stable. Il se désintègre aussi de façon minoritaire (11,2 %) par capture électronique et en proportion quasiment négligeable par désintégration β+ (ce qui fait de lui sans ce cas rare le nucléide émetteur de positron à plus longue demi-vie) en 40Ar, stable également. Sa demi-vie est de 1,248×109 années.

La désintégration de 40K en 40Ar est utilisée dans la datation des roches selon une méthode appelée datation au potassium-argon. Cette méthode repose sur l'hypothèse que les roches ne contenaient pas d'argon lors de leur formation, et que par conséquent l'argon actuellement présent a été formé par la désintégration du potassium 40. Ces minéraux sont donc datés par la mesure de la quantité de potassium et de l'argon radiogénique accumulé.

Table des isotopes[modifier | modifier le code]

Symbole
de l’isotope
Z (p) N (n) masse isotopique (u) demi-vie mode(s) de
désintégration[2],[3]
isotope(s)-fils[n 1] spin nucléaire composition isotopique
représentative
(fraction molaire)
énergie d'excitation
32K 19 13 32,02192(54)# p 31Ar 1+#
32mK 950(100)# keV  ? 4+#
33K 19 14 33,00726(21)# <25 ns p 32Ar (3/2+)#
34K 19 15 33,99841(32)# <40 ns p 33Ar 1+#
35K 19 16 34,988010(21) 178(8) ms β+ (99,63 %) 35Ar 3/2+
β+, p (0,37 %) 34Cl
36K 19 17 35,981292(8) 342(2) ms β+ (99,94 %) 36Ar 2+
β+, p (0,048 %) 35Cl
β+, α (0,012 %) 32S
37K 19 18 36,97337589(10) 1,226(7) s β+ 37Ar 3/2+
38K 19 19 37,9690812(5) 7,636(18) min β+ 38Ar 3+
38m1K 130,50(28) keV 924,2(3) ms 0+
38m2K 3458,0(2) keV 21,98(11) µs (7+),(5+)
39K 19 20 38,96370668(20) Stable 3/2+ 0,932581(44)
40K[n 2],[n 3] 19 21 39,96399848(21) 1,248(3)×109 a β- (88,8 %) 40Ca 4- 1,17(1)×10−4
CE (11,2 %) 40Ar
β+ (0,001 %) 40Ar
40mK 1643,639(11) keV 336(12) ns 0+
41K 19 22 40,96182576(21) Stable 3/2+ 0,067302(44)
42K 19 23 41,96240281(24) 12,360(12) h β- 42Ca 2-
43K 19 24 42,960716(10) 22,3(1) h β- 43Ca 3/2+
44K 19 25 43,96156(4) 22,13(19) min β- 44Ca 2-
45K 19 26 44,960699(11) 17,3(6) min β- 45Ca 3/2+
46K 19 27 45,961977(17) 105(10) s β- 46Ca 2(-)
47K 19 28 46,961678(9) 17,50(24) s β- 47Ca 1/2+
48K 19 29 47,965514(26) 6,8(2) s β- (98,86 %) 48Ca (2-)
β-, n (1,14 %) 47Ca
49K 19 30 48,96745(8) 1,26(5) s β-, n (86 %) 48Ca (3/2+)
β- (14 %) 49Ca
50K 19 31 49,97278(30) 472(4) ms β- (71 %) 50Ca (0-,1,2-)
β-, n (29 %) 49Ca
51K 19 32 50,97638(54)# 365(5) ms β- (53 %) 51Ca 3/2+#
β-, n (47 %) 50Ca
52K 19 33 51,98261(75)# 105(5) ms β-, n (64 %) 51Ca (2-)#
β-, 2n (21 %) 50Ca
β- (15 %) 52Ca
53K 19 34 52,98712(75)# 30(5) ms β-, n (67 %) 52Ca (3/2+)#
β-, 2n (17 %) 51Ca
β- (16 %) 53Ca
54K 19 35 53,99420(97)# 10(5) ms β- (>99,9 %) 54Ca 2-#
β-, n (<,1 %) 53Ca
55K 19 36 54,99971(107)# 3# ms β- 55Ca 3/2+#
β-, n 54Ca
  1. Isotopes stables en gras.
  2. Utilisé en datation au potassium-argon.
  3. radionucléide primordial.

Remarques[modifier | modifier le code]

  • Les valeurs marquées # ne sont pas purement dérivées des données expérimentales, mais aussi au moins en partie à partir des tendances systématiques. Les spins avec des arguments d'affectation faibles sont entre parenthèses.
  • Les incertitudes sont données de façon concise entre parenthèses après la décimale correspondante. Les valeurs d'incertitude dénotent un écart-type, à l'exception de la composition isotopique et de la masse atomique standard de l'IUPAC qui utilisent des incertitudes élargies.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. « Radioactive Human Body » (consulté le 2011-05-18)
  2. (en)Universal Nuclide Chart
  3. Abréviation :
    CE : capture électronique.