Isotopes de l'étain

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L'étain (Sn) possède 39 isotopes connus, de nombre de masse variant de 99 et 137, et 32 isomères nucléaires. Parmi eux, 10 sont stables, (trois sont potentiellement radioactifs, mais aucune désintégration n'a pour l'instant été observée), ce qui fait de l'étain l'élément comportant le plus d'isotopes stables, suivi par le xénon. Les isotopes stable sont ceux de ceux de masse 112, 114 à 120, 122 et 124, 120Sn étant les plus abondant (presque un tiers de l'étain existant), suivi de 118Sn et 116Sn, le moins abondant étant 115Sn (0,34%).

Les isotopes possédant un nombre de masse pair n'ont pas de spin nucléaire, ceux avec un nombre impair ont un spin de +1/2. Ainsi, avec trois isotopes communs possédant un spin, 115Sn, 117Sn et 119Sn, l'étain est l'un des élément les plus faciles à détecter et à analyser par spectroscopie RMN, ses déplacements chimiques étant référencés vis-à-vis de SnMe4[1],[2].

Le grand nombre d'isotopes stables de l'étain est souvent attribué au fait qu'il possède 50 protons, un nombre magique en physique nucléaire.

L'étain possède 29 radioisotopes, incluant l'étain 100 (100Sn), l'un des rares isotopes « doublement magique » (nombre magique de protons et de neutrons), découvert en 1994[3],[4] et l'étain 132 (132Sn). Le radioisotope a plus longe demi-vie est 126Sn avec 230 000 ans. Tous les autres isotopes ont une demi-vie inférieure à un an.

Isotopes notables[modifier | modifier le code]

Étain 100[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Étain 100.

L'étain 100 (100Sn) est l'isotope de l'étain dont le noyau est constitué de 50 protons et de 50 neutrons, avec un spin 0+ pour une masse atomique de 99,93904 g/mol. Il est caractérisé par un défaut de masse de 56 864 000 ± 432 000 eV/c2 et une énergie de liaison nucléaire de 824 879 000 ± 432 000 eV[5]. Il est particulier pour deux raisons :

  • il est constitué d'un « nombre magique » à la fois de protons et de neutrons (« doublement magique ») ;
  • il compte de surcroît autant de neutrons que de protons, ce qui le rend déficitaire en neutrons pour un atome de cette taille, et instable, avec une demi-vie de 1,1s.

Étain 121m[modifier | modifier le code]

L'étain 121m est un radioisotope et isomère nucléaire de l'étain avec une demi-vie de 43,9 années.

Dans un réacteur à neutrons thermiques normal, il a un très faible rendement de produit de fission ; ainsi, cet isotope n'est pas un déchet nucléaire principal. Une fission rapide ou une fission d'un actinide lourd produira 121mSn avec un plus haut rendement. Par exemple,son rendement à partir d'235U est de 0,0007% par fission thermique et de 0,002% par fission rapide[6].

Étain 126[modifier | modifier le code]

Rendement, % par fission[7]
Thermique Rapide 14 MeV
232Th non-fissile 0,0481 ± 0,0077 0,87 ± 0,20
233U 0,224 ± 0,018 0,278 ± 0,022 1,92 ± 0,31
235U 0,056 ± 0,004 0,0137 ± 0,001 1,70 ± 0,14
238U non-fissile 0,054 ± 0,004 1,31 ± 0,21
239Pu 0,199 ± 0,016 0,26 ± 0,02 2,02 ± 0,22
241Pu 0,082 ± 0,019 0,22 ± 0,03  ?

L'étain 126 (126Sn) est le radioisotope de l'étain dont le noyau est constitué de 50 protons et de 66 neutrons. C'est l'un des sept produits de fission à vie longe. Quand l'étain 126, avec une demi-vie de 230 000 années, évolue vers une phase à faible activité massique, ce qui limite sa nuisance radioactive, son produit de désintégration à vie courte, l'antimoine 126, se met à émettre des rayons gamma à haute énergie, ce qui rend l'exposition à l'étain 126 un problème potentiel.

126Sn est au milieu de la gamme de masse des produits de fission. Les réacteurs thermiques, qui constituent l'immense majorité des réacteurs nucléaires actuels, le produisent à très bas rendement (0,056% à partir de 235U), car les neutrons lents provoquent presque toujours la fission d'235U ou de 239Pu en deux parties non-égales. Les fissions rapides dans les réacteurs à neutrons rapides ou les armes nucléaires, ou la fission de quelques actinides mineurs, tels que le californium, le produisent à plus haut rendement.

Table des isotopes[modifier | modifier le code]

Symbole
de l’isotope
Z (p) N (n) Masse isotopique (u) Demi-vie Mode(s) de
désintégration[8],[9]
Isotope(s)-fils[n 1] Spin nucléaire Composition isotopique
représentative
(fraction molaire)
Gamme de variation naturelle
Énergie d'excitation
99Sn[n 2] 50 49 98,94933(64)# 5# ms 9/2+#
100Sn[n 3] 50 50 99,93904(76) 1,1(4) s
[0,94(+54-27) s]
β+ (83%) 100In 0+
β+, p (17%) 99Cd
101Sn[n 4] 50 51 100,93606(32)# 3(1) s β+ 101In 5/2+#
β+, p (rare) 100Cd
102Sn 50 52 101,93030(14) 4,5(7) s β+ 102In 0+
β+, p (rare) 101Cd
102mSn 2017(2) keV 720(220) ns (6+)
103Sn 50 53 102,92810(32)# 7,0(6) s β+ 103In 5/2+#
β+, p (rare) 102Cd
104Sn 50 54 103,92314(11) 20,8(5) s β+ 104In 0+
105Sn 50 55 104,92135(9) 34(1) s β+ 105In (5/2+)
β+, p (rare) 105Cd
106Sn 50 56 105,91688(5) 115(5) s β+ 106In 0+
107Sn 50 57 106,91564(9) 2,90(5) min β+ 107In (5/2+)
108Sn 50 58 107,911925(21) 10,30(8) min β+ 108In 0+
109Sn 50 59 108,911283(11) 18,0(2) min β+ 109In 5/2(+)
110Sn 50 60 109,907843(15) 4,11(10) h CE 110In 0+
111Sn 50 61 110,907734(7) 35,3(6) min β+ 111In 7/2+
111mSn 254,72(8) keV 12,5(10) µs 1/2+
112Sn 50 62 111,904818(5) Observé stable[n 5] 0+ 0,0097(1)
113Sn 50 63 112,905171(4) 115,09(3) d β+ 113In 1/2+
113mSn 77,386(19) keV 21,4(4) min TI (91,1%) 113Sn 7/2+
β+ (8,9%) 113In
114Sn 50 64 113,902779(3) Stable[n 6] 0+ 0,0066(1)
114mSn 3087,37(7) keV 733(14) ns 7-
115Sn 50 65 114,903342(3) Stable[n 6] 1/2+ 0,0034(1)
115m1Sn 612,81(4) keV 3,26(8) µs 7/2+
115m2Sn 713,64(12) keV 159(1) µs 11/2-
116Sn 50 66 115,901741(3) Stable[n 6] 0+ 0,1454(9)
117Sn 50 67 116,902952(3) Stable[n 6] 1/2+ 0,0768(7)
117m1Sn 314,58(4) keV 13,76(4) d TI 117Sn 11/2-
117m2Sn 2406,4(4) keV 1,75(7) µs (19/2+)
118Sn 50 68 117,901603(3) Stable[n 6] 0+ 0,2422(9)
119Sn 50 69 118,903308(3) Stable[n 6] 1/2+ 0,0859(4)
119m1Sn 89,531(13) keV 293,1(7) d TI 119Sn 11/2-
119m2Sn 2127,0(10) keV 9,6(12) µs (19/2+)
120Sn 50 70 119,9021947(27) Stable[n 6] 0+ 0,3258(9)
120m1Sn 2481,63(6) keV 11,8(5) µs (7-)
120m2Sn 2902,22(22) keV 6,26(11) µs (10+)#
121Sn[n 7] 50 71 120,9042355(27) 27,03(4) h β- 121Sb 3/2+
121m1Sn 6,30(6) keV 43,9(5) a TI (77,6%) 121Sn 11/2-
β- (22,4%) 121Sb
121m2Sn 1998,8(9) keV 5,3(5) µs (19/2+)#
121m3Sn 2834,6(18) keV 0,167(25) µs (27/2-)
122Sn[n 7] 50 72 121,9034390(29) Observé stable[n 8] 0+ 0,0463(3)
123Sn[n 7] 50 73 122,9057208(29) 129,2(4) d β- 123Sb 11/2-
123m1Sn 24,6(4) keV 40,06(1) min β- 123Sb 3/2+
123m2Sn 1945,0(10) keV 7,4(26) µs (19/2+)
123m3Sn 2153,0(12) keV 6 µs (23/2+)
123m4Sn 2713,0(14) keV 34 µs (27/2-)
124Sn[n 7] 50 74 123,9052739(15) Observé Stable[n 9] 0+ 0,0579(5)
124m1Sn 2204,622(23) keV 0,27(6) µs 5-
124m2Sn 2325,01(4) keV 3,1(5) µs 7-
124m3Sn 2656,6(5) keV 45(5) µs (10+)#
125Sn[n 7] 50 75 124,9077841(16) 9,64(3) d β- 125Sb 11/2-
125mSn 27,50(14) keV 9,52(5) min 3/2+
126Sn[n 10] 50 76 125,907653(11) 2,30(14)×105 a β- (66,5%) 126m2Sb 0+
β- (33,5%) 126m1Sb
126m1Sn 2218,99(8) keV 6,6(14) µs 7-
126m2Sn 2564,5(5) keV 7,7(5) µs (10+)#
127Sn 50 77 126,910360(26) 2,10(4) h β- 127Sb (11/2-)
127mSn 4,7(3) keV 4,13(3) min β- 127Sb (3/2+)
128Sn 50 78 127,910537(29) 59,07(14) min β- 128Sb 0+
128mSn 2091,50(11) keV 6,5(5) s TI 128Sn (7-)
129Sn 50 79 128,91348(3) 2,23(4) min β- 129Sb (3/2+)#
129mSn 35,2(3) keV 6,9(1) min β- (99,99%) 129Sb (11/2-)#
TI (0,002%) 129Sn
130Sn 50 80 129,913967(11) 3,72(7) min β- 130Sb 0+
130m1Sn 1946,88(10) keV 1,7(1) min β- 130Sb (7-)#
130m2Sn 2434,79(12) keV 1,61(15) µs (10+)
131Sn 50 81 130,917000(23) 56,0(5) s β- 131Sb (3/2+)
131m1Sn 80(30)# keV 58,4(5) s β- (99,99%) 131Sb (11/2-)
TI (0,0004%) 131Sn
131m2Sn 4846,7(9) keV 300(20) ns (19/2- to 23/2-)
132Sn 50 82 131,917816(15) 39,7(8) s β- 132Sb 0+
133Sn 50 83 132,92383(4) 1,45(3) s β- (99,97%) 133Sb (7/2-)#
β-, n (0,0294%) 132Sb
134Sn 50 84 133,92829(11) 1,050(11) s β- (83%) 134Sb 0+
β-, n (17%) 133Sb
135Sn 50 85 134,93473(43)# 530(20) ms β- 135Sb (7/2-)
β-, n 134Sb
136Sn 50 86 135,93934(54)# 0,25(3) s β- 136Sb 0+
β-, n 135Sb
137Sn 50 87 136,94599(64)# 190(60) ms β- 137Sb 5/2-#
  1. Isotopes stables en gras
  2. Plus lourd isotope connu avec plus de protons que de neutrons
  3. Plus lourd isotope connu avec autant de protons que de neutrons
  4. Il aurait un un halo à un neutron autour d'un cœur de 100Sn.
  5. On pense qu'il se désintègre par β+β+ en 112Cd
  6. a, b, c, d, e, f et g Théoriquement capable de fission spontanée
  7. a, b, c, d et e Produit de fission
  8. On pense qu'il subit une désintégration β-β- en 122Te
  9. On pense qu'il subit une désintégration β-β- en 124Te avec uen demi-vie supérieure à 1017 années
  10. produit de fission à vie longue

Remarques[modifier | modifier le code]

  • Il existe des échantillons géologiques exceptionnels dont la composition isotopique est en dehors de l'échelle donnée. L'incertitude sur la masse atomique de tels spécimens peut excéder les valeurs données.
  • 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 donnée 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 incertitudes élargies.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Seuls H, F, P, Tl et Xe ont une plus grande réceptivité en analyse RMN pour des échantillons contenant des isotopes à leur niveau d'abondance naturelle
  2. « Interactive NMR Frequency Map » (consulté le 2009-05-05)
  3. Phil Walker, « Doubly Magic Discovery of Tin-100 », Physics World, vol. 7, no June,‎ 1994 (lire en ligne)
  4. Identification and decay spectroscopy of 100Sn at the GSI projectile fragment separator FRS, K. Sümmerer et al., Nucl. Phys. A616, 341 (1997).
  5. « Matpack – Periodic Table of the Elements » (ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?). Consulté le 2013-09-09 Properties of Nuclides: 50-Sn-100
  6. M.B. Chadwick et al, "ENDF/B-VII.1: Nuclear Data for Science and Technology: Cross Sections, Covariances, Fission Product Yields and Decay Data", Nucl. Data Sheets 112(2011)2887. (accessed at www-nds.iaea.org/exfor/endf.htm)
  7. M,B. Chadwick et al, "ENDF/B-VII.1: Nuclear Data for Science and Technology: Cross Sections, Covariances, Fission Product Yields and Decay Data", Nucl. Data Sheets 112(2011)2887. (accessed at www-nds.iaea.org/exfor/endf.htm)
  8. http://www.nucleonica.net/unc.aspx
  9. Abréviations :
    CE : capture électronique
    TI : transition isomérique