Isotopes de l'étain

L'étain (Sn, numéro atomique 50 ) possède 39 isotopes connus, de nombre de masse variant de 99 à 137, et 32 isomères nucléaires. Parmi eux, 10 sont stables, ce qui fait de l'étain l'élément comportant le plus d'isotopes stables, suivi par le xénon. Les isotopes stables sont ceux de masse 112, 114 à 120, 122 et 124, ¹²⁰Sn étant les plus abondants (presque un tiers de l'étain existant) et ¹¹⁵Sn le moins abondant (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 éléments 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 à plus longue demi-vie est ¹²⁶Sn avec 230 000 ans. Tous les autres isotopes ont une demi-vie inférieure à un an.

Isotopes notables

Étain naturel

Sur les dix isotopes stables constituant l'étain naturel, trois sont potentiellement radioactifs (¹¹²Sn, ¹²²Sn et ¹²⁴Sn), mais aucune désintégration n'a pour l'instant été observée. Les isotopes stables sont ceux de masse 112, 114 à 120, 122 et 124, ¹²⁰Sn étant le plus abondant (presque un tiers de l'étain existant) et ¹¹⁵Sn le moins abondant.

Isotope	Abondance (pourcentage molaire)
112Sn	0,97 (1) %
114Sn	0,66 (1) %
115Sn	0,34 (1) %
116Sn	14,54 (9) %
117Sn	7,68 (7) %
118Sn	24,22 (9) %
119Sn	8,59 (4) %
120Sn	32,58 (9) %
122Sn	4,63 (3) %
124Sn	5,79 (5) %

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 99,938 g/mol. Il est caractérisé par un excès de masse de −57 150 ± 240 keV et une énergie de liaison nucléaire de 8 251,6 ± 2,4 keV^[5]. Il est particulier pour deux raisons :

• il est constitué d'un nombre magique à la fois de protons et de neutrons (il est 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 1,1 s.

Étain 121m

Produits de fission à vie moyenne

Propriété : Unité :	t½ a	Rendement %	Q * keV	βγ *
155Eu	4,76	0,0803	252	βγ
85Kr	10,76	0,2180	687	βγ
113mCd	14,1	0,0008	316	β
90Sr	28,9	4,505	2826	β
137Cs	30,23	6,337	1176	βγ
121mSn	43,9	0,00005	390	βγ
151Sm	88,8	0,5314	77	β

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

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 76 neutrons. C'est l'un des sept produits de fission à vie longue. 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

Symbole de l'isotope	Z (p)	N (n)	Masse isotopique (u)	Demi-vie	Mode(s) de désintégration[8],[n 1]	Isotope(s)-fils[n 2]	Spin nucléaire
	Énergie d'excitation
99Sn[n 3]	50	49	98,94933(64)#	5# ms			9/2+#
100Sn[n 4]	50	50	99,93904(76)	1,1(4) s [0,94(+54-27) s]	β+ (83 %)	100In	0+
					β+, p (17 %)	99Cd
101Sn[n 5]	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 6]			0+
113Sn	50	63	112,905171(4)	115,09(3) j	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 7]			0+
114mSn	3087,37(7) keV			733(14) ns			7-
115Sn	50	65	114,903342(3)	Stable[n 7]			1/2+
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 7]			0+
117Sn	50	67	116,902952(3)	Stable[n 7]			1/2+
117m1Sn	314,58(4) keV			13,76(4) j	TI	117Sn	11/2-
117m2Sn	2406,4(4) keV			1,75(7) µs			(19/2+)
118Sn	50	68	117,901603(3)	Stable[n 7]			0+
119Sn	50	69	118,903308(3)	Stable[n 7]			1/2+
119m1Sn	89,531(13) keV			293,1(7) j	TI	119Sn	11/2-
119m2Sn	2127,0(10) keV			9,6(12) µs			(19/2+)
120Sn	50	70	119,9021947(27)	Stable[n 7]			0+
120m1Sn	2481,63(6) keV			11,8(5) µs			(7-)
120m2Sn	2902,22(22) keV			6,26(11) µs			(10+)#
121Sn[n 8]	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 8]	50	72	121,9034390(29)	Observé stable[n 9]			0+
123Sn[n 8]	50	73	122,9057208(29)	129,2(4) j	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 8]	50	74	123,9052739(15)	Observé Stable[n 10]			0+
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 8]	50	75	124,9077841(16)	9,64(3) j	β−	125Sb	11/2-
125mSn	27,50(14) keV			9,52(5) min			3/2+
126Sn[n 11]	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. Abréviations :
   CE : capture électronique ;
   TI : transition isomérique.
2. Isotopes stables en gras.
3. Plus lourd isotope connu avec plus de protons que de neutrons.
4. Plus lourd isotope connu avec autant de protons que de neutrons.
5. Il aurait un halo à un neutron autour d'un cœur de ¹⁰⁰Sn.
6. On pense qu'il se désintègre par β⁺β⁺ en ¹¹²Cd.
7. Théoriquement capable de fission spontanée.
8. Produit de fission.
9. On pense qu'il subit une désintégration β⁻β⁻ en ¹²²Te.
10. On pense qu'il subit une désintégration β⁻β⁻ en ¹²⁴Te avec une demi-vie supérieure à 10¹⁷ années.
11. Produit de fission à vie longue.

Remarques

• 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 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 incertitudes élargies.

Notes et références

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. (en)« Interactive NMR Frequency Map » (version du 4 juin 2011 sur Internet Archive)
3. Phil Walker, « Doubly Magic Discovery of Tin-100 », Physics World, vol. 7, n^o 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. (en) « Live Chart of Nuclides: 100
   50Sn
   50 », sur www-nds.iaea.org, AIEA, 31 mars 2004 (consulté le 14 août 2021).
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. (en) Universal Nuclide Chart

• Masse des isotopes depuis :
  • (en) G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon, « The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties », Nuclear Physics A, vol. 729,‎ 2003, p. 3–128 (DOI 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001, Bibcode 2003NuPhA.729....3A, lire en ligne [archive du 23 septembre 2008])
• Compositions isotopiques et masses atomiques standards :
  • (en) J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman and P. D. P. Taylor, « Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) », Pure and Applied Chemistry, vol. 75, n^o 6,‎ 2003, p. 683–800 (DOI 10.1351/pac200375060683, lire en ligne)
  • (en) M. E. Wieser, « Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report) », Pure and Applied Chemistry, vol. 78, n^o 11,‎ 2006, p. 2051–2066 (DOI 10.1351/pac200678112051, résumé, lire en ligne)
• Demi-vies, spins et données sur les isomères sélectionnés depuis les sources suivantes :
  • (en) G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon, « The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties », Nuclear Physics A, vol. 729,‎ 2003, p. 3–128 (DOI 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001, Bibcode 2003NuPhA.729....3A, lire en ligne [archive du 23 septembre 2008])
  • (en) National Nuclear Data Center, « NuDat 2.1 database », Brookhaven National Laboratory (consulté en septembre 2005)
  • (en) N. E. Holden et D. R. Lide (dir.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 2004, 85^e éd., 2712 p. (ISBN 978-0-8493-0485-9, lire en ligne), « Table of the Isotopes », Section 11

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Isotopes of tin » (voir la liste des auteurs).

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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