Isotopes stables

Graphique d'isotopes / nucléides par type de désintégration. Orange et bleu nucléides sont instables, avec les carrés noirs entre ces régions représentant nucléides stables. La ligne continue passant sous un grand nombre de nucléides représente la position théorique sur le graphique des nucléides pour lesquels le nombre de protons est le même que le nombre de neutrons. Le graphique montre que les éléments avec plus de 20 protons doivent avoir plus de neutrons que de protons, afin d'être stable.

Les isotopes stables sont chimiques isotopes radioactifs qui ne sont pas - ce est, ils ne subissent pas spontanément désintégration radioactive.

Seuls 90 nucléides des 40 premiers éléments sont énergétiquement stables à tout type de désintégration de sauvegarde la désintégration du proton, en théorie (voir liste des nucléides). Un montant supplémentaire de 164 sont théoriquement instable pour les types connus de décroissance, mais aucune preuve de la décadence n'a jamais été observé, pour un total de 254 nucléides pour lesquels il ne existe aucune preuve de la radioactivité. Selon cette définition, il ya 254 nucléides stables connus des éléments 80 qui ont un ou plusieurs isotopes stables. Une liste de ces est donnée à la fin de cet article.

Sur les 80 éléments avec une ou des isotopes les plus stables, vingt-six ont un seul isotope stable, et sont donc appelés monoisotopique, et le reste ont plus d'un isotope stable. Un élément ( étain ) a dix isotopes stables, le plus grand nombre connu d'un élément.

Étude des isotopes stables

Systèmes d'isotopes stables couramment analysées sont celles de l'oxygène , carbone , azote , hydrogène et soufre . Ces systèmes d'isotopes pour les éléments plus légers qui présentent plus d'un isotopes primordiale pour chaque élément, ont été mis en examen depuis de nombreuses années afin d'étudier les processus de fractionnement isotopique dans les systèmes naturels. La longue histoire de l'étude de ces éléments est en partie parce que les proportions d'isotopes stables dans ces éléments légers et volatils est relativement facile à mesurer. Cependant, les progrès récents dans la spectrométrie de masse (ce est à dire multiple collecteur plasma à couplage inductif spectrométrie de masse) aujourd'hui permettent la mesure des rapports isotopiques en éléments plus lourds stables, tels que le fer , le cuivre , le zinc , le molybdène , etc.

Les rapports isotopiques ont été utilisées dans les enquêtes biologiques botaniques et végétales depuis de nombreuses années, et des études de plus en plus écologiques et biologiques sont de trouver des isotopes stables (principalement du carbone, d'azote et d'oxygène) à être extrêmement utile. D'autres chercheurs ont utilisé les rapports isotopiques de l'oxygène pour reconstruire les températures atmosphériques historiques, ce qui en fait des outils importants pour la recherche climatique. Les mesures des rapports de une origine naturelle des isotopes stables à une autre jouent un rôle important dans datation radiométrique et géochimie isotopique, et également utile pour déterminer les modèles de précipitations et les mouvements d'éléments par les organismes vivants, en aidant à trier dynamique du réseau trophique dans les écosystèmes.

Définition de la stabilité, et la présence isotopique naturelle

Survenant le plus naturellement nucléides sont stables (environ 254; voir liste à la fin de cet article); et environ 34 de plus (total de 288) sont connus radioactives avec suffisamment longues demi-vies (également connu) de se produire "primordialement." Si la demi-vie d'un nucléide est comparable, voire supérieure, à l'âge de la Terre (4,5 milliards d'années), une quantité importante aura survécu depuis le la formation du système solaire, puis est dit primordiale. Il sera alors contribuer de cette façon à la composition isotopique naturelle d'un élément chimique. Primordialement radio-isotopes présents sont facilement détectés avec des demi-vies courtes que 700 millions d'années (par exemple, ²³⁵ U), bien que certains isotopes primordiaux ont été détectés avec des demi-vies aussi courtes que 80.000.000 années (par exemple, ²⁴⁴ Pu). Cependant, ce est la limite actuelle de détection, en tant que nucléide avec la demi-vie plus courte de la prochaine ( niobium-92 avec demi-vie 34.700.000 années) n'a pas encore été détecté dans la nature.

Beaucoup de radio-isotopes naturels (un autre 51 ou plus, pour un total d'environ 339) présentent encore plus courtes demi-vies de 80 millions d'années, mais ils sont faits fraîchement, comme produits de filiation du processus de désintégration de nucléides primordiaux (par exemple, le radium à partir de uranium) ou des réactions énergiques en cours, tels que nucléides cosmogéniques produites par bombardement de la Terre présente par les rayons cosmiques (par exemple, le carbone-14 fabriqués à partir de l'azote).

De nombreux isotopes qui sont classés comme stable (ce est à dire pas de radioactivité a été observée pour eux) sont prévus d'avoir de très longues demi-vies (parfois aussi élevés que 10 ¹⁸ ans ou plus). Si la demi-vie prévue tombe dans une gamme accessible expérimentalement, ces isotopes ont une chance de passer de la liste des nucléides stables à la catégorie radioactive, une fois leur activité est observée. De bons exemples sont le bismuth 209 et le tungstène-180 qui étaient auparavant classés comme stables, mais ont été récemment (2003) jugée alpha-actif. Toutefois, ces nucléides ne changent pas leur statut primordiale quand ils se trouvent être radioactifs.

La plupart des isotopes stables dans la terre sont soupçonnés d'avoir été formé dans les processus de nucléosynthèse, soit dans le « Big Bang », ou dans les générations d'étoiles qui ont précédé la formation du système solaire. Cependant, certains isotopes stables montrent également des variations d'abondance dans la terre à la suite de la désintégration de nucléides radioactifs à vie longue. Ces désintégration produits sont appelés isotopes radiogéniques, afin de les distinguer de la groupe beaucoup plus important d'isotopes non radiogéniques ''.

Les domaines de recherche

La dite îlot de stabilité peut révéler un certain nombre d'atomes durée de vie longue ou même stables qui sont plus lourds (et avec plus de protons) que le plomb.

Les isotopes par élément

Parmi les éléments chimiques connus, 80 les éléments ont au moins un nucléide stable. Celles-ci comprennent les 82 premiers éléments de l'hydrogène à conduire , avec le deux exceptions près, le technétium (élément 43) et le prométhium (élément 61), qui ne possède pas de nucléides stables. En Décembre 2011, il y avait un total de 254 nucléides connus "stables". Dans cette définition, «stable» signifie un nucléide qui n'a jamais été observé à la pourriture dans le contexte naturel. Ainsi, ces éléments ont des demi-vies trop long pour être mesurée par tout moyen, directs ou indirects.

Les isotopes stables:

• 1 élément ( étain ) a 10 isotopes stables
• 1 élément ( xénon ) comporte huit isotopes stables
• 4 éléments ont chacun sept isotopes stables
• 8 éléments ont chacun six isotopes stables
• 10 éléments ont chacun cinq isotopes stables
• 9 éléments ont chacun quatre isotopes stables
• 5 éléments ont trois isotopes stables chacun
• 16 éléments présentent chacun deux isotopes stables
• 26 éléments ont une seule isotope stable.

Ces derniers sont ainsi appelés 26 monoisotopiques éléments. Le nombre moyen d'isotopes stables pour les éléments qui ont au moins un isotope stable est 254/80 = 3,2.

"Nombres magiques" et le nombre impair et pair proton et le neutron

Stabilité des isotopes est affectée par le rapport entre les protons à des neutrons, et également par la présence de certains "nombres magiques" de neutrons ou de protons qui représentent des coquilles fermées et remplies quantiques. Ces coquilles quantiques correspondent à un ensemble de niveaux d'énergie à l'intérieur de la modèle enveloppe du noyau; coquilles remplies, telles que l'enveloppe remplie de 50 protons pour l'étain, confère une stabilité inhabituelle sur le nucléide. Comme dans le cas de l'étain, un nombre magique pour Z, le numéro atomique, a tendance à augmenter le nombre d'isotopes stables de l'élément.

Tout comme dans le cas des électrons, qui ont l'état de plus basse énergie quand ils se produisent par paires dans un données orbitales, nucléons (deux protons et neutrons) présentent un état d'énergie plus faible lorsque leur nombre est même, plutôt que bizarre. Cette stabilité tend à empêcher la désintégration bêta (en deux étapes) de nombreux nucléides même-même dans un autre, même-même nucléide du même nombre de masse, mais plus faible énergie (et bien sûr avec deux autres protons et deux neutrons) moins, parce décroissance procédure une étape à la fois aurait à passer par un nucléide impair impair de plus haute énergie. Cela permet à un plus grand nombre de nucléides stables même-même, jusqu'à trois pour certains nombres de masse, et jusqu'à sept pour certains (protons) numéros atomiques. Inversement, parmi les 254 nucléides stables connus, seulement cinq ont à la fois un nombre impair de protons et de nombre impair de neutrons: hydrogène-2 ( deuterium), lithium-6, bore-10, l'azote-14, et tantale 180m. En outre, seulement quatre d'origine naturelle, nucléides radioactifs impair impairs ont une demi-vie plus d'un milliard d'années: potassium-40, vanadium-50, lanthane-138, et lutétium-176. Odd-odd nucléides primordiaux sont rares car les noyaux les plus impair impairs sont très instables par rapport à désintégration bêta, parce que les produits de désintégration sont encore-même, et sont donc plus fortement liés, en raison de effets d'appariement nucléaires.

Pourtant, un autre effet de l'instabilité d'un nombre impair de chaque type de nucléons, est que les éléments impaires ont tendance à avoir moins d'isotopes stables. Sur les 26 monoisotopiques éléments qui ne ont qu'un seul isotope stable, tous sauf un ont un numéro atomique impair - la seule exception à la fois aux règles étant béryllium. Tous ces éléments ont également un nombre pair de neutrons, à la seule exception étant nouveau béryllium.

Isomères nucléaires, y compris une une "stable"

Le nombre de 254 nucléides stables connus comprend tantale 180m, car même si son déclin et l'instabilité est automatiquement impliqués par sa notation de «métastable», encore cela n'a pas encore été observé. Tous les isotopes "stables" (stables par l'observation, pas la théorie) sont les états fondamentaux des noyaux, à l'exception de tantale 180m, qui est un isomère nucléaire ou état excité (l'état de ce noyau de terre est radioactif avec une demi-vie très courte de 8 heures); mais la désintégration de l'isomère nucléaire excité est très strictement interdit par les règles de sélection spin-parité. Il a été rapporté expérimentalement par l'observation directe que la demi-vie de ^180m à Ta désintégration gamma doit être plus de 10 ^{de 15} ans. Autres modes possibles de ^180m Ta désintégration (désintégration bêta, capture d'électrons et de la désintégration alpha) ont également jamais été observé.

Décroissance encore inaperçu

Énergie de liaison par nucléon d'isotopes communs.

Il est prévu que certains l'amélioration continue de la sensibilité expérimentale permettra découverte de la radioactivité très doux (instabilité) de certains isotopes qui sont considérés être stable aujourd'hui. Pour un exemple d'une découverte récente, ce ne est qu'en 2003 que le bismuth-209 (le seul isotope naturelle de bismuth) se est révélé être très faiblement radioactif. Cependant, il y avait aussi les prédictions théoriques de la physique nucléaire que le bismuth-209 se désintégrerait très lentement par émission alpha. Ces calculs ont été confirmées par les observations expérimentales en 2003.

Beaucoup de nucléides "stables" sont " dans la mesure où métastable »comme ils libèrent de l'énergie si une désintégration radioactive devait se produire, et sont, en fait, devraient subir des sortes de très rares désintégration radioactive, y compris double-émission bêta.

Quatre-vingt dix nucléides des 40 éléments avec des numéros atomiques de l'un ( l'hydrogène ) à travers 40 sont théoriquement stable pour tout type de désintégration nucléaire, sauf la possibilité théorique de la désintégration du proton - qui n'a jamais été observé en dépit des recherches approfondies pour elle.

Les nucléides à partir avec l' isotope niobium-93 et se étendant à l'ensemble supérieur numéros de masse atomique, pourrait théoriquement l'expérience fission spontanée.

Pour les processus autres que la fission spontanée, d'autres voies de désintégration théoriques pour des éléments plus lourds comprennent:

• désintégration alpha - 70 lourde (les deux nucléides sont le plus léger cérium et -142 néodyme -143)
• la double désintégration bêta (y compris électron-positron conversion, et double désintégration de positons) - 55 nucléides
• désintégration bêta - tantale -180m
• capture d'électrons - tellure -123, le tantale-180m
• Double capture électronique
• transition isomérique - tantale 180m
• carie cluster et fission spontanée - les 56 nucléides lourds (de niobium à -93 dysprosium -164)

Ils comprennent tous les nucléides de masse 165 et plus. Argon-36 est actuellement le nucléide le plus léger connu "stable" qui est théoriquement instable.

La positivité de libération d'énergie dans ces processus signifie qu'ils sont autorisés cinématique (ils ne violent pas la conservation de l'énergie) et, donc, en principe, peut se produire. Ils ne sont pas respectées en raison de la suppression forte mais non absolue, par des règles de sélection spin-parité (pour la bêta se désintègre et les transitions isomères) ou par l'épaisseur de la barrière de potentiel (pour les désintégrations alpha et grappes et la fission spontanée).

Tableau récapitulatif pour les numéros de chaque catégorie de nucléides

Ce est un tableau sommaire du Liste des nucléides. Notez que les numéros ne sont pas exactes, et peuvent changer légèrement dans l'avenir, comme nucléides sont observées pour être radioactifs, ou de nouveaux demi-vies sont déterminés à une certaine précision. Notez que seul le 254 ont une revendication de la stabilité, mais que seuls 90 nucléides des 40 premiers éléments sont théoriquement stable pour tout processus, mais la désintégration du proton.

Liste des isotopes stables observationnellement-

Dans la liste ci-dessous, 90 nucléides ont pas prédit le mode énergétiquement possible de décroissance, sauf la désintégration du proton. Ce sont banalisée.

Autres prédit (mais pas encore observé) modes de désintégration radioactive sont notés comme: A pour la désintégration alpha, B pour la désintégration bêta, BB pour la double désintégration bêta, E pour la capture d'électrons, EE pour double capture d'électrons, et l'informatique pour la transition isomérique. En raison de la courbe d'énergie de liaison, tous les nucléides de Z = 41 (niobium) et au-delà, sont théoriquement instable en ce qui concerne à la fission spontanée SF (voir liste des nucléides pour les détails), et la plupart des nucléides lourds sont théoriquement instable à d'autres processus ainsi.

Abréviations:
A pour la désintégration alpha, B pour la désintégration bêta, BB pour la double désintégration bêta, E pour la capture d'électrons, EE pour la capture d'électrons double, IT pour la transition isomérique.

* Tantale-180m est un "isotope métastable" ce qui signifie que ce est un heureux isomère nucléaire de Ta-180. Voir isotopes de tantale. Cependant, la demi-vie de cette isomère nucléaire est si longue qu'il n'a jamais été observé à la pourriture, et il se produit donc comme un "observationnellement non radioactif" nucléide primordial, comme un isotope mineure de tantale. Ce est le seul cas d'un isomère nucléaire qui a une demi-vie si longtemps qu'il n'a jamais été observé à la pourriture. Il est donc inclus dans cette liste.