Isotopes du manganèse

Les isotopes du manganèse sont au nombre de 26. Leur nombre de masse varie entre 44 et 69. Un seul de ces isotopes, ⁵⁵Mn, est stable et représente la totalité du manganèse naturel, faisant du manganèse un élément monoisotopique et également un élément mononucléidique. Sa masse atomique standard est donc la masse isotopique de ⁵⁵Mn, 54,938 045(5) u.

Sur les 25 radioisotopes caractérisés, les plus stables sont ⁵³Mn avec une demi-vie de 3,7 millions d'années, ⁵⁴Mn avec une demi-vie de 312,3 jours, et ⁵²Mn avec une demi-vie de 5,591 jours. Tous les autres isotopes ont des demi-vies de moins de 3 heures, et la plupart d'entre eux inférieure à 1 minute, le moins stable connu étant ⁴⁴Mn avec une demi-vie de 105 nanosecondes.

Parmi eux, sept connaissent un état métastable : ^46mMn, ^50mMn, ^52mMn, ^58mMn, ^60mMn, ^62mMn, ^64mMn.

Les deux isotopes les plus légers se désintègrent par émission de proton, les isotopes de nombre de masse entre 46 et 52 principalement par émission de positron (β⁺), et ⁵³Mn et ⁵⁴Mn principalement par capture électronique, tous en isotopes du chrome. Les radioisotopes les plus lourds se désintègrent eux principalement par désintégration β⁻ en isotopes du fer.

Le manganèse fait partie du groupe du fer, des éléments dont on pense qu'ils ont été synthétisés dans des étoiles géantes peu avant leur explosion en supernova. On trouve en général les isotopes du manganèse combinés avec ceux du chrome, et ils sont ainsi utilisés en géologie isotopique et en datation radiométrique. La mesure des ratios Mn/Cr permet de confirmer les mesures des taux d'aluminium 26 (²⁶Al) et de palladium 107 (¹⁰⁷Pd) utilisées dans l'étude de l'histoire du système solaire primitif.

Isotopes notables

Manganèse 53

Le manganèse 53 (⁵³Mn) est l'isotope du manganèse dont le noyau est constitué de 25 protons et de 28 neutrons. C'est un radioisotope qui se désintègre en ⁵³Cr avec une demi-vie de 3,7 millions d'années. Du fait de cette demi-vie relativement courte, le manganèse 53 présent lors de la formation du système solaire a entièrement disparu, mais sa présence initiale est attestée par de petits excès de ⁵³Cr dans certains minéraux de certaines météorites : le manganèse 53 fait partie des radioactivités éteintes. On peut cependant détecter des traces de ⁵³Mn encore aujourd'hui, du fait de sa production (en faible quantité) par réaction des rayons cosmiques avec le fer des roches[1].

Manganèse 54

Le manganèse 54 (⁵⁴Mn, 25 protons et 29 neutrons) est un radioisotope de période 312,13 j. C'est aussi un nucléide radiogénique, produit par le rayonnement cosmique (essentiellement les protons et les particules α), notamment à la surface des météorites pendant leur trajet jusqu'à la Terre.

Table des isotopes

Symbole de l’isotope	Z (p)	N (n)	Masse isotopique (u)	Demi-vie	Mode(s) de désintégration[2] - [n 1]	Isotope(s)-fils[n 2]	Spin nucléaire
Symbole de l’isotope	Énergie d'excitation			Demi-vie	Mode(s) de désintégration[2] - [n 1]	Isotope(s)-fils[n 2]	Spin nucléaire
⁴⁴Mn	25	19	44,00687(54)#	<105 ns	p	⁴³Cr	(2-)#
⁴⁵Mn	25	20	44,99451(32)#	inconnue	p	⁴⁴Cr	(7/2-)#
⁴⁶Mn	25	21	45,98672(12)#	37(3) ms	β⁺ (78 %)	⁴⁶Cr	(4+)
					β⁺, p (22 %)	⁴⁵V
					β⁺, α (<1 %)	⁴²Ti
					β⁺, 2p (<1 %)	⁴⁴Ti
^46mMn	150(100)# keV			1# ms	β⁺	⁴⁶Cr	1-#
⁴⁷Mn	25	22	46,97610(17)#	100(50) ms	β⁺ (96,6 %)	⁴⁷Cr	5/2-#
⁴⁷Mn	25	22	46,97610(17)#	100(50) ms	β⁺, p (3,4 %)	⁴⁶V	5/2-#
⁴⁸Mn	25	23	47,96852(12)	158,1(22) ms	β⁺ (99,71 %)	⁴⁸Cr	4+
					β⁺, p (0,027 %)	⁴⁷V
					β⁺, α (6×10⁻⁴ %)	⁴⁴Ti
⁴⁹Mn	25	24	48,959618(26)	382(7) ms	β⁺	⁴⁹Cr	5/2-
⁵⁰Mn	25	25	49,9542382(11)	283,29(8) ms	β⁺	⁵⁰Cr	0+
^50mMn	229(7) keV			1,75(3) min	β⁺	⁵⁰Cr	5+
⁵¹Mn	25	26	50,9482108(11)	46,2(1) min	β⁺	⁵¹Cr	5/2-
⁵²Mn	25	27	51,9455655(21)	5,591(3) j	β⁺	⁵²Cr	6+
^52mMn	377,749(5) keV			21,1(2) min	β⁺ (98,25 %)	⁵²Cr	2+
^52mMn	377,749(5) keV			21,1(2) min	TI (1,75 %)	⁵²Mn	2+
⁵³Mn	25	28	52,9412901(9)	3,7(4)×10⁶ a	CE	⁵³Cr	7/2-
⁵⁴Mn	25	29	53,9403589(14)	312,03(3) j	CE 99,99 %	⁵⁴Cr	3+
					β⁻ (2,9×10⁻⁴ %)	⁵⁴Fe
					β⁺ (5,76×10⁻⁷ %)	⁵⁴Cr
⁵⁵Mn	25	30	54,9380451(7)	Stable			5/2-
⁵⁶Mn	25	31	55,9389049(7)	2,5789(1) h	β⁻	⁵⁶Fe	3+
⁵⁷Mn	25	32	56,9382854(20)	85,4(18) s	β⁻	⁵⁷Fe	5/2-
⁵⁸Mn	25	33	57,93998(3)	3,0(1) s	β⁻	⁵⁸Fe	1+
^58mMn	71,78(5) keV			65,2(5) s	β⁻ (>99,9 %)	⁵⁸Fe	(4)+
^58mMn	71,78(5) keV			65,2(5) s	TI (<0,1 %)	⁵⁸Mn	(4)+
⁵⁹Mn	25	34	58,94044(3)	4,59(5) s	β⁻	⁵⁹Fe	(5/2)-
⁶⁰Mn	25	35	59,94291(9)	51(6) s	β⁻	⁶⁰Fe	0+
^60mMn	271,90(10) keV			1,77(2) s	β⁻ (88,5 %)	⁶⁰Fe	3+
^60mMn	271,90(10) keV			1,77(2) s	TI (11,5 %)	⁶⁰Mn	3+
⁶¹Mn	25	36	60,94465(24)	0,67(4) s	β⁻	⁶¹Fe	(5/2)-
⁶²Mn	25	37	61,94843(24)	671(5) ms	β⁻ (>99,9 %)	⁶²Fe	(3+)
⁶²Mn	25	37	61,94843(24)	671(5) ms	β⁻, n (<0,1 %)	⁶¹Fe	(3+)
^62mMn	0(150)# keV			92(13) ms			(1+)
⁶³Mn	25	38	62,95024(28)	275(4) ms	β⁻	⁶³Fe	5/2-#
⁶⁴Mn	25	39	63,95425(29)	88,8(25) ms	β⁻ (>99,9 %)	⁶⁴Fe	(1+)
⁶⁴Mn	25	39	63,95425(29)	88,8(25) ms	β⁻, n (<0,1 %)	⁶³Fe	(1+)
^64mMn	135(3) keV			>100 µs
⁶⁵Mn	25	40	64,95634(58)	92(1) ms	β⁻ (>99,9 %)	⁶⁵Fe	5/2-#
⁶⁵Mn	25	40	64,95634(58)	92(1) ms	β⁻, n (<0,1 %)	⁶⁴Fe	5/2-#
⁶⁶Mn	25	41	65,96108(43)#	64,4(18) ms	β⁻ (>99,9 %)	⁶⁶Fe
⁶⁶Mn	25	41	65,96108(43)#	64,4(18) ms	β⁻, n (<0,1 %)	⁶⁵Fe
⁶⁷Mn	25	42	66,96414(54)#	45(3) ms	β⁻	⁶⁷Fe	5/2-#
⁶⁸Mn	25	43	67,96930(64)#	28(4) ms
⁶⁹Mn	25	44	68,97284(86)#	14(4) ms			5/2-#

Abréviations :
CE : capture électronique ;
TI : transition isomérique.
Isotopes stables en gras.

Remarques

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[3].
Masses des isotopes données par la Commission sur les Symboles, les Unités, la Nomenclature, les Masses atomiques et les Constantes fondamentales (SUNAMCO) de l'IUPAP.
Abondances isotopiques données par la Commission des abondances isotopiques et des poids atomiques de l'IUPAC.

Notes et références

J. Schaefer et al., « Terrestrial manganese-53 — A new monitor of Earth surface processes », Earth and Planetary Science Letters, vol. 251, n^os 3–4,‎ 2006, p. 334–345 (DOI 10.1016/j.epsl.2006.09.016, Bibcode 2006E&PSL.251..334S).
(en)Universal Nuclide Chart
(en) « 2.5.7. Standard and expanded uncertainties », Engineering Statistics Handbook (consulté le 16 septembre 2010)

Masse des isotopes depuis :
- (en) G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot et O. Bersillon, « The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties », Nucl. Phys. 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 et P. D. P. Taylor, « Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) », Pure Appl. Chem., 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 Appl. Chem., vol. 78, n^o 11,‎ 2006, p. 2051–2066 (DOI 10.1351/pac200678112051, lire en ligne), résumé
Demi-vies, spins et données sur les isomères sélectionnés depuis les sources suivantes :
- (en) G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot et O. Bersillon, « The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties », Nucl. Phys. 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 », Laboratoire national de Brookhaven (consulté en septembre 2005)
- (en) N. E. Holden, CRC Handbook of Chemistry and Physics, D. R. Lide, 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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