Isotopes du plomb

Le plomb (Pb, numéro atomique 82) possède 38 isotopes connus, de nombre de masse variant de 178 à 215, ainsi que 46 isomères nucléaires. Quatre de ces isotopes, ²⁰⁴Pb, ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb et ²⁰⁸Pb, sont stables, ou du moins ont été observés stables jusqu'à présent, puisqu'ils sont tous soupçonnés de se désintégrer par désintégration α en isotopes du mercure correspondants, avec des demi-vies extrêmement longues. Le plomb 204 est entièrement un nucléide primordial et pas un nucléide radiogénique. Les isotopes plomb 206, plomb 207, et plomb 208 sont les produits finaux de trois chaînes de désintégration, respectivement la chaine de l'uranium (ou du radium, 4n+2), de l'actinium (4n+3) et du thorium (4n+0). Chacun de ces isotopes est aussi à un certain pourcentage un nucléide primordial, produits par les supernovas. Le ratio du plomb 204 vis-à-vis des autres isotopes primordiaux étant connu et stable, une variation peut servir à estimer la quantité supplémentaire d'isotopes radiogéniques présente dans la roche, produite par la désintégration de l'uranium et du thorium (voir Datation par le plomb-plomb (en) et Datation par l'uranium-plomb).

Les quatre isotopes stables ²⁰⁴Pb, ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb et ²⁰⁸Pb sont présents dans la nature, cinq radioisotopes sont aussi présents à l'état de trace. La masse atomique standard du plomb est de 207,2(1) u.

Parmi les 34 radioisotopes du plomb, les plus stables sont ²⁰⁵Pb avec une demi-vie d'environ ~15,3 millions d'années suivi de ²⁰²Pb avec une demi-vie d'environ ~53 000 années. Tous les radioisotopes naturels ont une demi-vie comprise entre 22 ans et 27 minutes. Lorsqu'il est totalement ionisé, l'isotope ²⁰⁵Pb devient stable[1].

Les radioisotopes les plus légers dont on connait le mode de désintégration (¹⁸¹Pb à ¹⁸⁵Pb) se désintègrent principalement par désintégration α en isotopes du mercure. Au-delà, les isotopes plus lourds mais plus légers que les isotopes stables (¹⁸⁷Pb à ²⁰⁰Pb) se désintègrent principalement par émission de positron (β⁺) en isotopes du thallium ; ¹⁸⁶Pb est à la frontière entre les deux groupes, se désintégrant selon les deux modes. Les isotopes les plus proches des isotopes stables (²⁰¹Pb, ²⁰²Pb, ²⁰³Pb et ²⁰⁵Pb) se désintègrent eux par capture électronique, également en isotopes du thallium. Les six radioisotopes les plus lourds se désintègrent eux quasi exclusivement par désintégration β⁻ en isotopes du bismuth.

En raison de la présence de plomb dans toutes les chaînes de désintégration majeures (séries du radium, du thorium et de l'actinium), plusieurs isotopes du plomb ont reçu des appellations historiques, aujourd'hui tombées en désuétude.

Isotopes notables

Plomb naturel

Le plomb a ceci de particulier qu'il est l'aboutissement des trois chaînes de désintégration radioactives présentes dans la nature : le ²⁰⁸Pb (majoritaire) est le produit de désintégration ultime, stable, du thorium 232, le ²⁰⁶Pb est celui de l'uranium 238, et le ²⁰⁷Pb est celui de l'uranium 235. Les quantités relatives des différents isotopes stables du plomb ont donc évolué au cours du temps, un phénomène à l'origine de la datation par le plomb-plomb (en). Les isotopes radiogéniques sont largement majoritaires.

Le plomb naturel est donc constitué des quatre isotopes stables ²⁰⁴Pb (le seul non radiogénique), ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb et ²⁰⁸Pb, ainsi que de traces des radioisotopes présents dans les trois chaînes de désintégration majeures : ²⁰⁹Pb comme produit de désintégration de clusters de ²²³Ra qui a lieu dans la chaîne de désintégration de ²³⁵U, ²¹⁰Pb et ²¹⁴Pb comme produits de désintégration intermédiaires de ²³⁸U, ²¹¹Pb comme produit de désintégration intermédiaire de ²³⁵U, et ²¹²Pb comme intermédiaire dans la chaîne de désintégration du ²³²Th. Parmi ces radioisotopes, seul le plomb 210 (demi-vie de 22,2 années) est présent en quantités « appréciables » (quelques nanogrammes par tonne de roche) ; les autres ont tous des demi-vies trop courtes (quelques heures) pour être quantifiables dans le sol.

Isotope	Abondance (pourcentage molaire)	Gamme de variation naturelle
²⁰⁴Pb	1,4 (1) %	1,04 - 1,65 %
²⁰⁶Pb	24,1 (1) %	20,84 - 27,48 %
²⁰⁷Pb	22,1 (1) %	17,62 - 23,65 %
²⁰⁸Pb	52,4 (1) %	51,28 - 56,21 %

Plomb 204

Le plomb 204 est l'un des quatre isotopes stables du plomb, le seul qui ne soit pas l'aboutissement d'une chaîne de désintégration radioactive majeure, et le plus rare dans la nature (moins de 2 %).

Plomb 205

Avec une demi-vie de 15,3 Ma, le plomb 205 fait partie du petit groupe des radioactivités éteintes.

Plomb 206

Le plomb 206 fait partie de la chaîne de désintégration du radium 226[alpha 1], il en constitue l'aboutissement stable. Il était historiquement appelé radium G.

Plomb 207

Le plomb 207 fait partie de la chaîne de désintégration de l'uranium 235, il en constitue l'aboutissement stable. Il était historiquement appelé actinium D.

Plomb 208

Le plomb 208 fait partie de la chaîne de désintégration du thorium 232, il en constitue l'aboutissement stable. Il était historiquement appelé thorium D. C'est l'isotope le plus abondant, représentant plus de la moitié du plomb naturel.

Plomb 210

Le plomb 210, radioactif de période 22,26 a, fait partie de la chaîne de désintégration de l'uranium 238 (de période 4,47 Ga), via le radium 226 de période 1 600 a (²¹⁰Pb a historiquement été appelé radium D ou radio-plomb au tout début du XX^e siècle[2]) et le radon 222 de période 3,82 j.

Le plomb 210 est présent naturellement dans la croûte terrestre (et dans les gisements de plomb) en raison de sa production à partir de l'uranium, et dans l'atmosphère en raison de sa production par le radon 222 atmosphérique (lui-même issu de l'uranium de la croûte). Il a aussi été produit en quantités importantes lors des essais nucléaires atmosphériques.

Dans certaines applications technologiques nécessitant des niveaux très bas de radioactivité, le plomb 210 interdit l'utilisation de plomb d'extraction récente. On peut alors voir l'utilisation de plomb archéologique.

La datation par le plomb 210 est une méthode de datation radiométrique.

Plomb 211

Le plomb 211 fait partie de la chaîne de désintégration de l'uranium 235, il était historiquement appelé actinium B.

Plomb 212

Le plomb 212 fait partie de la chaîne de désintégration du thorium 232, il était historiquement appelé thorium B. C'est un émetteur β⁻ à demi-vie relativement courte (10,6 h), qui est considéré comme un candidat intéressant pour des applications en alpha-immunothérapie, comme précurseur du bismuth 212, de demi-vie 61 min et qui est émetteur alpha (primaire ou secondaire selon sa voie de désintégration).

Plomb 214

Le plomb 214 fait partie de la chaîne de désintégration du radium 226[alpha 1], il était historiquement appelé radium B.

Table des isotopes

Symbole de l'isotope	Z (p)	N (n)	Masse isotopique (u)	Demi-vie	Mode(s) de désintégration[3] - [n 1]	Isotope(s) fils[n 2]	Spin nucléaire
Symbole de l'isotope	Énergie d'excitation			Demi-vie	Mode(s) de désintégration[3] - [n 1]	Isotope(s) fils[n 2]	Spin nucléaire
¹⁷⁸Pb	82	96	178,003830(26)	0,23(15) ms			0+
¹⁷⁹Pb	82	97	179,00215(21)#	3# ms			5/2-#
¹⁸⁰Pb	82	98	179,997918(22)	4,5(11) ms			0+
¹⁸¹Pb	82	99	180,99662(10)	45(20) ms	α (98 %)	¹⁷⁷Hg	5/2-#
¹⁸¹Pb	82	99	180,99662(10)	45(20) ms	β⁺ (2 %)	¹⁸¹Tl	5/2-#
¹⁸²Pb	82	100	181,992672(15)	60(40) ms [55(+40-35) ms]	α (98 %)	¹⁷⁸Hg	0+
¹⁸²Pb	82	100	181,992672(15)	60(40) ms [55(+40-35) ms]	β⁺ (2 %)	¹⁸²Tl	0+
¹⁸³Pb	82	101	182,99187(3)	535(30) ms	α (94 %)	¹⁷⁹Hg	(3/2-)
¹⁸³Pb	82	101	182,99187(3)	535(30) ms	β⁺ (6 %)	¹⁸³Tl	(3/2-)
^183mPb	94(8) keV			415(20) ms	α	¹⁷⁹Hg	(13/2+)
^183mPb	94(8) keV			415(20) ms	β⁺ (rare)	¹⁸³Tl	(13/2+)
¹⁸⁴Pb	82	102	183,988142(15)	490(25) ms	α	¹⁸⁰Hg	0+
¹⁸⁴Pb	82	102	183,988142(15)	490(25) ms	β⁺ (rare)	¹⁸⁴Tl	0+
¹⁸⁵Pb	82	103	184,987610(17)	6,3(4) s	α	¹⁸¹Hg	3/2-
¹⁸⁵Pb	82	103	184,987610(17)	6,3(4) s	β⁺ (rare)	¹⁸⁵Tl	3/2-
^185mPb	60(40)# keV			4,07(15) s	α	¹⁸¹Hg	13/2+
^185mPb	60(40)# keV			4,07(15) s	β⁺ (rare)	¹⁸⁵Tl	13/2+
¹⁸⁶Pb	82	104	185,984239(12)	4,82(3) s	α (56 %)	¹⁸²Hg	0+
¹⁸⁶Pb	82	104	185,984239(12)	4,82(3) s	β⁺ (44 %)	¹⁸⁶Tl	0+
¹⁸⁷Pb	82	105	186,983918(9)	15,2(3) s	β⁺	¹⁸⁷Tl	(3/2-)
¹⁸⁷Pb	82	105	186,983918(9)	15,2(3) s	α	¹⁸³Hg	(3/2-)
^187mPb	11(11) keV			18,3(3) s	β⁺ (98 %)	¹⁸⁷Tl	(13/2+)
^187mPb	11(11) keV			18,3(3) s	α (2 %)	¹⁸³Hg	(13/2+)
¹⁸⁸Pb	82	106	187,980874(11)	25,5(1) s	β⁺ (91,5 %)	¹⁸⁸Tl	0+
¹⁸⁸Pb	82	106	187,980874(11)	25,5(1) s	α (8,5 %)	¹⁸⁴Hg	0+
^188m1Pb	2578,2(7) keV			830(210) ns			(8-)
^188m2Pb	2800(50) keV			797(21) ns
¹⁸⁹Pb	82	107	188,98081(4)	51(3) s	β⁺	¹⁸⁹Tl	(3/2-)
^189mPb	40(30)# keV			1# min	β⁺ (99,6 %)	¹⁸⁹Tl	(13/2+)
^189mPb	40(30)# keV			1# min	α (0,4 %)	¹⁸⁵Hg	(13/2+)
¹⁹⁰Pb	82	108	189,978082(13)	71(1) s	β⁺ (99,1 %)	¹⁹⁰Tl	0+
¹⁹⁰Pb	82	108	189,978082(13)	71(1) s	α (0,9 %)	¹⁸⁶Hg	0+
^190m1Pb	2614,8(8) keV			150 ns			(10)+
^190m2Pb	2618(20) keV			25 µs			(12+)
^190m3Pb	2658,2(8) keV			7,2(6) µs			(11)-
¹⁹¹Pb	82	109	190,97827(4)	1,33(8) min	β⁺ (99,987 %)	¹⁹¹Tl	(3/2-)
¹⁹¹Pb	82	109	190,97827(4)	1,33(8) min	α (0,013 %)	¹⁸⁷Hg	(3/2-)
^191mPb	20(50) keV			2,18(8) min	β⁺ (99,98 %)	¹⁹¹Tl	13/2(+)
^191mPb	20(50) keV			2,18(8) min	α (0,02 %)	¹⁸⁷Hg	13/2(+)
¹⁹²Pb	82	110	191,975785(14)	3,5(1) min	β⁺ (99,99 %)	¹⁹²Tl	0+
¹⁹²Pb	82	110	191,975785(14)	3,5(1) min	α (0,0061 %)	¹⁸⁸Hg	0+
^192m1Pb	2581,1(1) keV			164(7) ns			(10)+
^192m2Pb	2625,1(11) keV			1,1(5) µs			(12+)
^192m3Pb	2743,5(4) keV			756(21) ns			(11)-
¹⁹³Pb	82	111	192,97617(5)	5# min	β⁺	¹⁹³Tl	(3/2-)
^193m1Pb	130(80)# keV			5,8(2) min	β⁺	¹⁹³Tl	13/2(+)
^193m2Pb	2612,5(5)+X keV			135(+25-15) ns			(33/2+)
¹⁹⁴Pb	82	112	193,974012(19)	12,0(5) min	β⁺ (100 %)	¹⁹⁴Tl	0+
¹⁹⁴Pb	82	112	193,974012(19)	12,0(5) min	α (7,3×10⁻⁶ %)	¹⁹⁰Hg	0+
¹⁹⁵Pb	82	113	194,974542(25)	~15 min	β⁺	¹⁹⁵Tl	3/2#-
^195m1Pb	202,9(7) keV			15,0(12) min	β⁺	¹⁹⁵Tl	13/2+
^195m2Pb	1759,0(7) keV			10,0(7) µs			21/2-
¹⁹⁶Pb	82	114	195,972774(15)	37(3) min	β⁺	¹⁹⁶Tl	0+
¹⁹⁶Pb	82	114	195,972774(15)	37(3) min	α (3×10⁻⁵ %)	¹⁹²Hg	0+
^196m1Pb	1049,20(9) keV			<100 ns			2+
^196m2Pb	1738,27(12) keV			<1 µs			4+
^196m3Pb	1797,51(14) keV			140(14) ns			5-
^196m4Pb	2693,5(5) keV			270(4) ns			(12+)
¹⁹⁷Pb	82	115	196,973431(6)	8,1(17) min	β⁺	¹⁹⁷Tl	3/2-
^197m1Pb	319,31(11) keV			42,9(9) min	β⁺ (81 %)	¹⁹⁷Tl	13/2+
					TI (19 %)	¹⁹⁷Pb
					α (3×10⁻⁴ %)	¹⁹³Hg
^197m2Pb	1914,10(25) keV			1,15(20) µs			21/2-
¹⁹⁸Pb	82	116	197,972034(16)	2,4(1) h	β⁺	¹⁹⁸Tl	0+
^198m1Pb	2141,4(4) keV			4,19(10) µs			(7)-
^198m2Pb	2231,4(5) keV			137(10) ns			(9)-
^198m3Pb	2820,5(7) keV			212(4) ns			(12)+
¹⁹⁹Pb	82	117	198,972917(28)	90(10) min	β⁺	¹⁹⁹Tl	3/2-
^199m1Pb	429,5(27) keV			12,2(3) min	TI (93 %)	¹⁹⁹Pb	(13/2+)
^199m1Pb	429,5(27) keV			12,2(3) min	β⁺ (7 %)	¹⁹⁹Tl	(13/2+)
^199m2Pb	2563,8(27) keV			10,1(2) µs			(29/2-)
²⁰⁰Pb	82	118	199,971827(12)	21,5(4) h	β⁺	²⁰⁰Tl	0+
²⁰¹Pb	82	119	200,972885(24)	9,33(3) h	CE (99 %)	²⁰¹Pb	5/2-
²⁰¹Pb	82	119	200,972885(24)	9,33(3) h	β⁺ (1 %)	²⁰¹Tl	5/2-
^201m1Pb	629,14(17) keV			61(2) s			13/2+
^201m2Pb	2718,5+X keV			508(5) ns			(29/2-)
²⁰²Pb	82	120	201,972159(9)	52,5(28)×10³ a	CE (99 %)	²⁰²Tl	0+
²⁰²Pb	82	120	201,972159(9)	52,5(28)×10³ a	α (1 %)	¹⁹⁸Hg	0+
^202m1Pb	2169,83(7) keV			3,53(1) h	TI (90,5 %)	²⁰²Pb	9-
^202m1Pb	2169,83(7) keV			3,53(1) h	CE (9,5 %)	²⁰²Tl	9-
^202m2Pb	4142,9(11) keV			110(5) ns			(16+)
^202m3Pb	5345,9(13) keV			107(5) ns			(19-)
²⁰³Pb	82	121	202,973391(7)	51,873(9) h	CE	²⁰³Tl	5/2-
^203m1Pb	825,20(9) keV			6,21(8) s	TI	²⁰³Pb	13/2+
^203m2Pb	2949,47(22) keV			480(7) ms			29/2-
^203m3Pb	2923,4+X keV			122(4) ns			(25/2-)
²⁰⁴Pb[n 3]	82	122	203,9730436(13)	Observé stable[n 4]			0+
^204m1Pb	1274,00(4) keV			265(10) ns			4+
^204m2Pb	2185,79(5) keV			67,2(3) min			9-
^204m3Pb	2264,33(4) keV			0,45(+10-3) µs			7-
²⁰⁵Pb	82	123	204,9744818(13)	15,3(7)×10⁶ a	CE	²⁰⁵Tl	5/2-
^205m1Pb	2,329(7) keV			24,2(4) µs			1/2-
^205m2Pb	1013,839(13) keV			5,55(2) ms			13/2+
^205m3Pb	3195,7(5) keV			217(5) ns			25/2-
²⁰⁶Pb[n 3] - [n 5]	82	124	205,9744653(13)	Observé stable[n 6]			0+
^206m1Pb	2200,14(4) keV			125(2) µs			7-
^206m2Pb	4027,3(7) keV			202(3) ns			12+
²⁰⁷Pb[n 3] - [n 7]	82	125	206,9758969(13)	Observé stable[n 8]			1/2-
^207mPb	1633,368(5) keV			806(6) ms	TI	²⁰⁷Pb	13/2+
²⁰⁸Pb[n 9]	82	126	207,9766521(13)	Observé stable[n 10]			0+
^208mPb	4895(2) keV			500(10) ns			10+
²⁰⁹Pb	82	127	208,9810901(19)	3,253(14) h	β⁻	²⁰⁹Bi	9/2+
²¹⁰Pb	82	128	209,9841885(16)	22,20(22) a	β⁻ (100 %)	²¹⁰Bi	0+
²¹⁰Pb	82	128	209,9841885(16)	22,20(22) a	α (1,9×10⁻⁶ %)	²⁰⁶Hg	0+
^210mPb	1278(5) keV			201(17) ns			8+
²¹¹Pb	82	129	210,9887370(29)	36,1(2) min	β⁻	²¹¹Bi	9/2+
²¹²Pb	82	130	211,9918975(24)	10,64(1) h	β⁻	²¹²Bi	0+
^212mPb	1335(10) keV			5(1) µs			(8+)
²¹³Pb	82	131	212,996581(8)	10,2(3) min	β⁻	²¹³Bi	(9/2+)
²¹⁴Pb	82	132	213,9998054(26)	26,8(9) min	β⁻	²¹⁴Bi	0+
²¹⁵Pb	82	133	215,00481(44)#	36(1) s			5/2+#

Abréviations :
CE : capture électronique ;
TI : transition isomérique.
Isotopes stables en gras ; en gras et italique ceux stables à notre échelle de temps.
Utilisé dans la datation par le plomb-plomb (en).
Soupçonné de désintégration α en ²⁰⁰Hg avec une demi-vie supérieure à 140×10¹⁸ années.
Produit de désintégration final de la chaîne de désintégration 4n + 2 de l'uranium 238.
Soupçonné de désintégration α en ²⁰²Hg avec une demi-vie supérieure à 2,5×10²¹ années.
Produit de désintégration final de la chaîne de désintégration 4n + 3 de l'uranium 235 (plutonium 239).
Soupçonné de désintégration α en ²⁰³Hg avec une demi-vie supérieure à 1,9×10²¹ années.
Produit de désintégration final de la chaîne de désintégration 4n du thorium 232.
Nucléide le plus lourd observé stable, soupçonné de désintégration α en ²⁰⁴Hg avec une demi-vie supérieure à 2,6×10²¹ années.

Remarques

L'évaluation de la composition isotopique est valable pour la plupart des échantillons commerciaux, mais pas tous.
La précision de l'abondance isotopique et de la masse atomique est limitée par des variations. Les échelles de variations données sont normalement valables pour tout matériel terrestre normal.
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 des incertitudes élargies[4].

Notes et références

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

Notes

Le radium 226 est lui-même un produit, d'assez longue demi-vie, de la chaîne de désintégration de l'uranium 238.

Références

K Takahashi, R. N. Boyd, G. J. Mathews et K. Yokoi, « Bound-state beta decay of highly ionized atoms », Physical Review C, New York, NY, American Institute of Physics for the American Physical Society, vol. 36, n^o 4,‎ octobre 1987 (ISSN 0556-2813, OCLC 1639677, lire en ligne, consulté le 27 août 2013)
Ernest Rutherford (trad. Simon Villeneuve, relu par Cantons-de-l'Est), « Produits de transformation lente du radium », 1905 (consulté le 16 mars 2016)
(en)Universal Nuclide Chart
(en) « 2.5.7. Standard and expanded uncertainties », Engineering Statistics Handbook (consulté le 16 septembre 2010)

Sources

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 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 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 », 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

Tableau périodique des isotopes

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