Isotopes de l'hafnium

L'hafnium (Hf, numéro atomique 72) possède 36 isotopes connus, de nombre de masse variant entre 153 et 188, ainsi que 27 isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, cinq sont stables, ¹⁷⁶Hf, ¹⁷⁷Hf, ¹⁷⁸Hf, ¹⁷⁹Hf et ¹⁸⁰Hf ; ils constituent avec ¹⁷⁴Hf, un radioisotope quasi stable, la totalité du hafnium naturel, dans des proportions variant de 0,16 (¹⁷⁴Hf) à 35% (¹⁸⁰Hf). Comme tous les éléments plus lourds que le zirconium, l'hafnium est théoriquement instable, et tous ses isotopes stables sont soupçonnés d'être faiblement radioactifs, se désintégrant par émission α en isotopes de l'ytterbium correspondants. On attribue au hafnium une masse atomique standard de 178,49(2) u.

Parmi les radioisotopes artificiels caractérisés, les plus stables sont ¹⁸²Hf (demi-vie de 8,9 × 10⁶ années), ¹⁷²Hf (1,87 années), ¹⁷⁵Hf (70 jours) et ¹⁸¹Hf (42,39 jours). Tous les autres radioisotopes ont une demi-vie inférieure à un jour, et la plupart inférieure à une heure.

Parmi les nombreux isomères nucléaires, les plus stables sont ^178m2Hf (t_1/2 de 31 années) et ^179m2Hf (t_1/2 de 25,05 jours).

Les radioisotopes les plus légers (A ≤ 162) se désintègrent soit par émission de positron (β⁺) en isotopes du lutécium soit par émission α en isotopes de l'ytterbium, dans des proportions très variables selon les isotopes. Les radioisotopes plus lourds, mais plus légers que les isotopes stables (163 ≤A ≤ 174) se désintègrent eux par émission de positron (β⁺) en isotopes du lutécium, à l'exception de ¹⁷⁰Hf et ¹⁸²Hf qui se désintègrent par capture électronique (également en isotopes du lutécium), ainsi que de ¹⁷⁴Hf qui se désintègre par émission α. Les radioisotopes plus lourds que les isotopes stables se désintègrent tous par désintégration β⁻ en isotopes du tantale.

Isotopes remarquables

Hafnium naturel

Les cinq isotopes stables, ¹⁷⁶Hf, ¹⁷⁷Hf, ¹⁷⁸Hf, ¹⁷⁹Hf et ¹⁸⁰Hf, représentent la quasi-totalité de l'hafnium naturel. ¹⁷⁴Hf est le seul radioisotope primordial (demi-vie de 2 × 10¹⁵ années — plus de 100 000 fois l'âge de l'univers) présent dans la nature.

Isotope	Abondance (pourcentage molaire)	Gamme de variation naturelle
¹⁷⁴Hf	0,16 (1) %	0,1619 - 0,1621 %
¹⁷⁶Hf	5,26 (7) %	5,206 - 5,271 %
¹⁷⁷Hf	18,60 (9) %	18,593 - 18,606 %
¹⁷⁸Hf	27,28 (7) %	27,278 - 27,297 %
¹⁷⁹Hf	13,62 (2) %	13,619 - 13,630 %
¹⁸⁰Hf	35,08 (16) %	35,076 - 35,100 %

Hafnium 182

Avec une demi-vie de 8,91 Ma, l'hafnium 182 fait partie du petit groupe des radioactivités éteintes.

Table des isotopes

Symbole de l'isotope	Z (p)	N (n)	Masse isotopique (u)	Demi-vie[n 1]	Mode(s) de désintégration[1] - [n 2]	Isotope(s)-fils[n 3]	Spin nucléaire
Symbole de l'isotope	Énergie d'excitation			Demi-vie[n 1]	Mode(s) de désintégration[1] - [n 2]	Isotope(s)-fils[n 3]	Spin nucléaire
¹⁵³Hf	72	81	152,97069(54)#	400# ms [>200 ns]			1/2+#
^153mHf	750(100)# keV			500# ms			11/2-#
¹⁵⁴Hf	72	82	153,96486(54)#	2(1) s	β⁺	¹⁵⁴Lu	0+
¹⁵⁴Hf	72	82	153,96486(54)#	2(1) s	α (rare)	¹⁵⁰Yb	0+
¹⁵⁵Hf	72	83	154,96339(43)#	890(120) ms	β⁺	¹⁵⁵Lu	7/2-#
¹⁵⁵Hf	72	83	154,96339(43)#	890(120) ms	α (rare)	¹⁵¹Yb	7/2-#
¹⁵⁶Hf	72	84	155,95936(22)	23(1) ms	α (97%)	¹⁵²Yb	0+
¹⁵⁶Hf	72	84	155,95936(22)	23(1) ms	β⁺ (3%)	¹⁵⁶Lu	0+
^156mHf	1959,0(10) keV			480(40) µs			8+
¹⁵⁷Hf	72	85	156,95840(21)#	115(1) ms	α (86%)	¹⁵³Yb	7/2-
¹⁵⁷Hf	72	85	156,95840(21)#	115(1) ms	β⁺ (14%)	¹⁵⁷Lu	7/2-
¹⁵⁸Hf	72	86	157,954799(19)	2,84(7) s	β⁺ (55%)	¹⁵⁸Lu	0+
¹⁵⁸Hf	72	86	157,954799(19)	2,84(7) s	α (45%)	¹⁵⁴Yb	0+
¹⁵⁹Hf	72	87	158,953995(18)	5,20(10) s	β⁺ (59%)	¹⁵⁹Lu	7/2-#
¹⁵⁹Hf	72	87	158,953995(18)	5,20(10) s	α (41%)	¹⁵⁵Yb	7/2-#
¹⁶⁰Hf	72	88	159,950684(12)	13,6(2) s	β⁺ (99,3%)	¹⁶⁰Lu	0+
¹⁶⁰Hf	72	88	159,950684(12)	13,6(2) s	α (0,7%)	¹⁵⁶Yb	0+
¹⁶¹Hf	72	89	160,950275(24)	18,2(5) s	β⁺ (99,7%)	¹⁶¹Lu	3/2-#
¹⁶¹Hf	72	89	160,950275(24)	18,2(5) s	α (0,3%)	¹⁵⁷Yb	3/2-#
¹⁶²Hf	72	90	161,94721(1)	39,4(9) s	β⁺ (99,99%)	¹⁶²Lu	0+
¹⁶²Hf	72	90	161,94721(1)	39,4(9) s	α (0,008%)	¹⁵⁸Yb	0+
¹⁶³Hf	72	91	162,94709(3)	40,0(6) s	β⁺	¹⁶³Lu	3/2-#
¹⁶³Hf	72	91	162,94709(3)	40,0(6) s	α (10⁻⁴ %)	¹⁵⁹Yb	3/2-#
¹⁶⁴Hf	72	92	163,944367(22)	111(8) s	β⁺	¹⁶⁴Lu	0+
¹⁶⁵Hf	72	93	164,94457(3)	76(4) s	β⁺	¹⁶⁵Lu	(5/2-)
¹⁶⁶Hf	72	94	165,94218(3)	6,77(30) min	β⁺	¹⁶⁶Lu	0+
¹⁶⁷Hf	72	95	166,94260(3)	2,05(5) min	β⁺	¹⁶⁷Lu	(5/2)-
¹⁶⁸Hf	72	96	167,94057(3)	25,95(20) min	β⁺	¹⁶⁸Lu	0+
¹⁶⁹Hf	72	97	168,94126(3)	3,24(4) min	β⁺	¹⁶⁹Lu	(5/2)-
¹⁷⁰Hf	72	98	169,93961(3)	16,01(13) h	CE	¹⁷⁰Lu	0+
¹⁷¹Hf	72	99	170,94049(3)	12,1(4) h	β⁺	¹⁷¹Lu	7/2(+)
^171mHf	21,93(9) keV			29,5(9) s	TI	¹⁷¹Hf	1/2(-)
¹⁷²Hf	72	100	171,939448(26)	1,87(3) a	CE	¹⁷²Lu	0+
^172mHf	2005,58(11) keV			163(3) ns			(8-)
¹⁷³Hf	72	101	172,94051(3)	23,6(1) h	β⁺	¹⁷³Lu	1/2-
¹⁷⁴Hf[n 4]	72	102	173,940046(3)	2,0(4)×10¹⁵ a	α	¹⁷⁰Yb	0+
^174m1Hf	1 549,3 keV			138(4) ns			(6+)
^174m2Hf	1797,5(20) keV			2,39(4) µs			(8-)
^174m3Hf	1 797,5 keV			2,39(4) µs			(8-)
^174m4Hf	3 311,7 keV			3,7(2) µs			(14+)
¹⁷⁵Hf	72	103	174,941509(3)	70(2) j	β⁺	¹⁷⁵Lu	5/2-
¹⁷⁶Hf[n 5]	72	104	175,9414086(24)	Observé stable[n 6]			0+
¹⁷⁷Hf	72	105	176,9432207(23)	Observé stable[n 7]			7/2-
^177m1Hf	1315,4504(8) keV			1,09(5) s			23/2+
^177m2Hf	1342,38(20) keV			55,9(12) µs			(19/2-)
^177m3Hf	2740,02(15) keV			51,4(5) min			37/2-
¹⁷⁸Hf	72	106	177,9436988(23)	Observé stable[n 8]			0+
^178m1Hf	1147,423(5) keV			4,0(2) s			8-
^178m2Hf	2445,69(11) keV			31(1) a			16+
^178m3Hf	2573,5(5) keV			68(2) µs			(14-)
¹⁷⁹Hf	72	107	178,9458161(23)	Observé stable[n 9]			9/2+
^179m1Hf	375,0367(25) keV			18,67(4) s			1/2-
^179m2Hf	1105,84(19) keV			25,05(25) j			25/2-
¹⁸⁰Hf	72	108	179,9465500(23)	Observé stable[n 10]			0+
^180m1Hf	1141,48(4) keV			5,47(4) h			8-
^180m2Hf	1374,15(4) keV			0,57(2) µs			(4-)
^180m3Hf	2425,8(10) keV			15(5) µs			(10+)
^180m4Hf	2486,3(9) keV			10(1) µs			12+
^180m5Hf	2538,3(12) keV			>10 µs			(14+)
^180m6Hf	3599,3(18) keV			90(10) µs			(18-)
¹⁸¹Hf	72	109	180,9491012(23)	42,39(6) j	β⁻	¹⁸¹Ta	1/2-
^181m1Hf	595(3) keV			80(5) µs			(9/2+)
^181m2Hf	1040(10) keV			~100 µs			(17/2+)
^181m3Hf	1738(10) keV			1,5(5) ms			(27/2-)
¹⁸²Hf[n 11]	72	110	181,950554(7)	8,90(9)×10⁶ a	β⁻	¹⁸²Ta	0+
^182mHf	1172,88(18) keV			61,5(15) min	β⁻ (58%)	¹⁸²Ta	8-
^182mHf	1172,88(18) keV			61,5(15) min	TI (42%)	¹⁸²Hf	8-
¹⁸³Hf	72	111	182,95353(3)	1,067(17) h	β⁻	¹⁸³Ta	(3/2-)
¹⁸⁴Hf	72	112	183,95545(4)	4,12(5) h	β⁻	¹⁸⁴Ta	0+
^184mHf	1272,4(4) keV			48(10) s	β⁻	¹⁸⁴Ta	8-
¹⁸⁵Hf	72	113	184,95882(21)#	3,5(6) min	β⁻	¹⁸⁵Ta	3/2-#
¹⁸⁶Hf	72	114	185,96089(32)#	2,6(12) min	β⁻	¹⁸⁶Ta	0+
¹⁸⁷Hf	72	115	186,96459(43)#	30# s [>300 ns]
¹⁸⁸Hf	72	116	187,96685(54)#	20# s [>300 ns]			0+

En gras pour les isotopes avec des demi-vies plus grandes que l'âge de l'univers (presque stables).
Abréviations :
CE : capture électronique ;
TI : transition isomérique.
Isotopes stables en gras.
Radionucléide primordial.
Utilisé en datation radiométrique par le lutécium-hafnium.
Soupçonné de se désintégrer par émission α en ¹⁷²Yb.
Soupçonné de se désintégrer par émission α en ¹⁷³Yb.
Soupçonné de se désintégrer par émission α en ¹⁷⁴Yb.
Soupçonné de se désintégrer par émission α en ¹⁷⁵Yb.
Soupçonné de se désintégrer par émission α en ¹⁷⁶Yb.
Soupçonné d'être naturellement présent comme produits de désintégration α de ¹⁸⁶W (pour l'instant classifié comme stable).

Remarques

L'évaluation de la composition isotopique est valable pour la plupart des échantillons commerciaux, mais pas pour tous.
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.

Références

(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-vie, spin 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

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Tableau périodique des isotopes

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