Élément monoisotopique

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Ne doit pas être confondu avec élément mononucléidique, élément avec un seul isotope significativement abondant.

Un élément monoisotopique est un élément ne possédant qu'un seul isotope stable. À l'heure actuelle, on dénombre 26 éléments monoisotopiques.

Caractérisation

Les éléments monoisotopiques sont caractérisés, à une exception, par un nombre de protons (Z) impair et un nombre de neutrons pair. Du fait du gain d'énergie par effets d'appariement nucléaire, un nombre impair provoque une instabilité chez les isotopes à Z impair qui doit être au moins compensée par un ensemble de neutrons complètement appariés pour avoir un isotope stable.

Le seul élément monoisotopique qui échappe à la règle est le béryllium 9 qui possède 4 protons et 5 neutrons. Dans ce cas, l'isotope avec le même nombre de protons et de neutrons (4 de chaque) est trop instable, il se désintègre très facilement par double désintégration α qui est favorisée par la liaison extrêmement forte à l'intérieur du noyau d'hélium 4. Il ne peut pas avoir non plus d'isotope stable avec 4 protons et 6 neutrons car le ratio protons/neutrons est beaucoup trop déséquilibré pour un élément aussi léger (cependant, le béryllium 10, bien que radioactif, a une demi-vie de 1,36 million d'années — trop faible pour en faire un isotope primordial — ce qui indique une inhabituelle stabilité pour un isotope léger aussi déséquilibré).

Différence avec les éléments mononucléidiques

L'ensemble des éléments monoisotopiques recouvre partiellement celui des 22 éléments mononucléidiques, caractérisés par le fait d'avoir un seul isotope présent dans la nature[1], mais il n'y est pas égal ou ne l'inclut pas. La raison est que si ces éléments ne possèdent qu'un seul isotope stable, ils peuvent posséder des radioisotopes primordiaux à durée de vie longue, et coexistent donc avec ces derniers dans la nature, formant parfois avec eux des mélanges, ce qui les empêche d'être mononucléidiques.
C'est le cas de 7 éléments, le vanadium, le rubidium, l'indium, le lanthane, l'europium, le rhénium et le lutécium. Il arrive même parfois que l'isotope radioactif soit le plus abondant, voire représente la quasi-totalité de la fraction isotopique (cas de l'indium, dont plus de 95 % est présent sous la forme d'indium 115, radioactif).

Il faut ajouter à cela le cas de deux autres éléments : le bismuth[2] et le thorium, éléments mononucléidiques primordiaux mais non monoisotopiques car, leur seul isotope présent dans la nature étant un radioisotope, ils ne possèdent donc pas d'isotope stable.

Liste d'éléments monoisotopiques, par numéro atomique et masse

Les éléments non mononucléidiques sont marqués d'un astérisque, et leur radioisotope primordial à vie longue est donné. Dans deux cas notables (indium et rhénium), l'isotope le plus abondant est l'isotope légèrement radioactif, et dans le cas de l'europium, celui-ci représente presque la moitié de l'abondance naturelle.

Table des éléments monoisotopiques

Repère Élément Nucléide Z (p) N (n) Masse isotopique (u)
1 béryllium 9Be 4 5 9,012182(3)
2 fluor 19F 9 10 18,9984032(5)
3 sodium 23Na 11 12 22,989770(2)
4 aluminium 27Al 13 14 26.981 538(2)
5 phosphore 31P 15 16 30,973761(2)
6 scandium 45Sc 21 24 44,955910(8)
7 vanadium 51V 23 28 50,9439595(11)
8 manganèse 55Mn 25 30 54,938049(9)
9 cobalt 59Co 27 32 58.933 200(9)
10 arsenic 75As 33 42 74,92160(2)
11 rubidium 85Rb 37 48 84,911789738(12)
12 yttrium 89Y 39 50 88,90585(2)
13 niobium 93Nb 41 52 92,90638(2)
14 rhodium 103Rh 45 58 102,90550(2)
15 indium 113In 49 64 112,904058(3)
16 iode 127I 53 74 126.904 47(3)
17 césium 133Cs 55 78 132,90545(2)
18 lanthane 139La 57 82
19 praséodyme 141Pr 59 82 140,90765(2)
20 europium 153Eu 63 90 152,9212303(26)
21 terbium 159Tb 65 94 158.925 34(2)
22 holmium 165Ho 67 98 164,93032(2)
23 thulium 169Tm 69 100 168.934 21(2)
24 lutécium 175Lu 71 104
25 rhénium 185Re 75 110 184,9529550(13)
26 or 197Au 79 118 196,96655(2)

Notes et références

  1. ↑ N. E. Holden, "Standard Atomic Weight Values for the Mononuclidic Elements - 2001," BNL-NCS-68362, Brookhaven National Laboratory (2001)
  2. ↑ Jusqu'en 2003, 209Bi était classé comme mononucléidique, jusqu'à ce qu'on découvre alors qu'il a une demi-vie de 1,9×1019 ans - soit plus d'un milliard de fois l'âge de l'univers.
  3. ↑ naturellement présent avec 0,25 % de vanadium 50, radioactif
  4. ↑ naturellement présent avec 27,835 % de rubidium 87, radioactif
  5. ↑ naturellement présent avec une majorité (95,7 %) d'indium 115, radioactif
  6. ↑ naturellement présent avec 0,09 % de lanthane 138, radioactif
  7. ↑ naturellement présent avec de 47,8 % d'europium 151, radioactif
  8. ↑ naturellement présent avec de 2,59 % de lutécium 176, radioactif
  9. ↑ naturellement présent avec une majorité (62,6 %) de rhénium 187, radioactif

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