Isotopes du strontium

Le strontium (Sr, numéro atomique 38) possède 35 isotopes connus de nombre de masse variant entre 73 et 107, et neuf isomères nucléaires. Parmi eux, quatre isotopes sont stables et représentent la totalité du strontium naturel : ⁸⁴Sr, ⁸⁶Sr, ⁸⁷Sr et ⁸⁸Sr (largement majoritaire). La masse atomique standard du strontium est de 87,62(1) u.

Parmi les 31 radioisotopes artificiels, les plus stables sont ⁹⁰Sr avec une demi-vie de 28,9 années, ⁸⁵Sr (64,853 jours), ⁸⁹Sr (50,57 jours) et ⁸²Sr (25,36 jours). Tous les autres isotopes ont des demi-vies inférieures à 33 heures, et la plupart inférieure à 100 minutes.

Les isotopes plus légers que les isotopes stables se désintègrent principalement par émission de positron (β⁺), à l'exception de ⁸²Sr, qui, comme ⁸⁵Sr, se désintègrent principalement par capture électronique. Tous se désintègrent principalement en isotopes du rubidium. Les radioisotopes plus lourds se désintègrent eux principalement par désintégration β⁻ en isotopes de l'yttrium.

Isotopes notables

Strontium naturel

Le strontium naturel est composé des quatre isotopes stables ⁸⁴Sr, ⁸⁶Sr, ⁸⁷Sr et ⁸⁸Sr. ⁸⁴Sr est soupçonné sur des bases théoriques de subir une désintégration β⁺β⁺ en ⁸⁴Kr avec une demi-vie très longue, mais cette radioactivité n'a pour l'instant jamais été observée.

Du fait de sa configuration électronique similaire à celle du calcium, il se substitue facilement au Ca dans les minéraux. La valeur du ratio ⁸⁶Sr - ⁸⁷Sr en un lieu donné dépend essentiellement de la géologie locale[1]; il est ingéré par les animaux via l'alimentation et on en retrouve ainsi dans leurs os et leurs dents[1]; l'étude du ratio ⁸⁶Sr - ⁸⁷Sr peut donc être utilisée avec celle d'autres rapports isotopiques sur des restes humains pour construire des isoscapes (en) et en déduire où ils ont grandi (grâce au strontium des dents) et où ils habitaient avant de mourir (via le strontium des os) pour peu qu'ils aient consommé essentiellement de la nourriture produite localement[1].

Isotope	Abondance (pourcentage molaire)	Gamme de variation
⁸⁴Sr	0,56 (1) %	0,55 - 0,58
⁸⁶Sr	9,86 (1) %	9,75 - 9,99
⁸⁷Sr	7,00 (1) %	6,94 - 7,14
⁸⁸Sr	82,58 (1) %	82,29 - 82,75

Strontium 87

Le strontium 87 (⁸⁷Sr) est l'isotope du strontium dont le noyau est constitué de 38 protons et de 49 neutrons. C'est un isotope stable, représentant 7 % du strontium présent dans la nature. C'est le seul isotope du strontium naturel radiogénique ; il est produit par la désintégration radioactive du rubidium 87 (⁸⁷Rb), avec une demi-vie de 4,88×10¹⁰ années. Ainsi, il existe deux sources en ⁸⁷Sr : la forme primordiale produite durant la nucléosynthèse, produisant également les isotopes ⁸⁴Sr, ⁸⁶Sr et ⁸⁸Sr ; et la forme radiogénique produite par la désintégration de ⁸⁷Rb. Le ratio ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr est l'un des paramètres observés dans les études géologiques ; dans les roches, il varie de 0,7 à 4,0 ou légèrement supérieur. Il est aussi utilisé pour dater des roches anciennes avec la datation rubidium-strontium, comparant les quantités de ⁸⁷Rb et de ⁸⁷Sr afin de déterminer une date approximative.

Strontium 89

Le strontium 89 (⁸⁹Sr) est l'isotope du strontium dont le noyau est constitué de 38 protons et de 51 neutrons. C'est un radioisotope artificiel qui se désintègre en yttrium 89 par désintégration β⁻ avec un demi-vie d'un peu plus de 50 jours. Il est utilisé dans le traitement de cancers osseux ; dans le ce de patients atteints métastases ossues étendues et douloureuses, l'administration de ⁸⁹Sr permet de délivrer des particules bêta directement dans la zone osseuse à problème, où le cycle de remplacement du calcium est plus rapide.

Strontium 90

Le strontium 90 (⁹⁰Sr) est l'isotope du strontium dont le noyau est constitué de 38 protons et de 52 neutrons. C'est un radioisotope qui se désintègre en yttrium 90 par désintégration β⁻ avec un demi-vie de près de 30 ans. C'est un sous-produit de fission nucléaire qu'on trouve dans les retombées radioactives et qui présente de sérieux problèmes de santé du fait de son absorption par l'organisme où il se substitue au calcium des os, ce qui empêche son élimination. La catastrophe nucléaire de Tchernobyl a contaminé des très vastes zones au ⁹⁰Sr.

Du fait de sa durée de demi-vie « moyenne » et de son émission bêta d'énergie importante, il est utilisés dans les Systems for Nuclear Auxiliary Power (SNAP). Ces appareils sont très prometteurs pour des applications spatiales, des stations météos éloignées, des bouées de navigation, etc., où une source nucléo-électrique légère et durable est nécessaire.

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
⁷³Sr	38	35	72,96597(64)#	>25 ms	β⁺ (>99,9 %)	⁷³Rb	1/2-#
⁷³Sr	38	35	72,96597(64)#	>25 ms	β⁺, p (<0,1 %)	⁷²Kr	1/2-#
⁷⁴Sr	38	36	73,95631(54)#	50# ms [>1,5 µs]	β⁺	⁷⁴Rb	0+
⁷⁵Sr	38	37	74,94995(24)	88(3) ms	β⁺ (93,5 %)	⁷⁵Rb	(3/2-)
⁷⁵Sr	38	37	74,94995(24)	88(3) ms	β⁺, p (6,5 %)	⁷⁴Kr	(3/2-)
⁷⁶Sr	38	38	75,94177(4)	7,89(7) s	β⁺	⁷⁶Rb	0+
⁷⁷Sr	38	39	76,937945(10)	9,0(2) s	β⁺ (99,75 %)	⁷⁷Rb	5/2+
⁷⁷Sr	38	39	76,937945(10)	9,0(2) s	β⁺, p (0,25 %)	⁷⁶Kr	5/2+
⁷⁸Sr	38	40	77,932180(8)	159(8) s	β⁺	⁷⁸Rb	0+
⁷⁹Sr	38	41	78,929708(9)	2,25(10) min	β⁺	⁷⁹Rb	3/2(-)
⁸⁰Sr	38	42	79,924521(7)	106,3(15) min	β⁺	⁸⁰Rb	0+
⁸¹Sr	38	43	80,923212(7)	22,3(4) min	β⁺	⁸¹Rb	1/2-
⁸²Sr	38	44	81,918402(6)	25,36(3) j	CE	⁸²Rb	0+
⁸³Sr	38	45	82,917557(11)	32,41(3) h	β⁺	⁸³Rb	7/2+
^83mSr	259,15(9) keV			4,95(12) s	TI	⁸³Sr	1/2-
⁸⁴Sr	38	46	83,913425(3)	Observé stable[n 3]			0+
⁸⁵Sr	38	47	84,912933(3)	64,853(8) j	CE	⁸⁵Rb	9/2+
^85mSr	238,66(6) keV			67,63(4) min	TI (86,6 %)	⁸⁵Sr	1/2-
^85mSr	238,66(6) keV			67,63(4) min	β⁺ (13,4 %)	⁸⁵Rb	1/2-
⁸⁶Sr	38	48	85,9092607309(91)	Stable			0+
^86mSr	2955,68(21) keV			455(7) ns			8+
⁸⁷Sr[n 4]	38	49	86,9088774970(91)	Stable			9/2+
^87mSr	388,533(3) keV			2,815(12) h	TI (99,7 %)	⁸⁷Sr	1/2-
^87mSr	388,533(3) keV			2,815(12) h	CE (0,3 %)	⁸⁷Rb	1/2-
⁸⁸Sr[n 5]	38	50	87,9056122571(97)	Stable			0+
⁸⁹Sr[n 5]	38	51	88,9074507(12)	50,57(3) j	β⁻	⁸⁹Y	5/2+
⁹⁰Sr[n 5]	38	52	89,907738(3)	28,90(3) a	β⁻	⁹⁰Y	0+
⁹¹Sr	38	53	90,910203(5)	9,63(5) h	β⁻	⁹¹Y	5/2+
⁹²Sr	38	54	91,911038(4)	2,66(4) h	β⁻	⁹²Y	0+
⁹³Sr	38	55	92,914026(8)	7,423(24) min	β⁻	⁹³Y	5/2+
⁹⁴Sr	38	56	93,915361(8)	75,3(2) s	β⁻	⁹⁴Y	0+
⁹⁵Sr	38	57	94,919359(8)	23,90(14) s	β⁻	⁹⁵Y	1/2+
⁹⁶Sr	38	58	95,921697(29)	1,07(1) s	β⁻	⁹⁶Y	0+
⁹⁷Sr	38	59	96,926153(21)	429(5) ms	β⁻ (99,95 %)	⁹⁷Y	1/2+
⁹⁷Sr	38	59	96,926153(21)	429(5) ms	β⁻, n (0,05 %)	⁹⁶Y	1/2+
^97m1Sr	308,13(11) keV			170(10) ns			(7/2)+
^97m2Sr	830,8(2) keV			255(10) ns			(11/2-)#
⁹⁸Sr	38	60	97,928453(28)	0,653(2) s	β⁻ (99,75 %)	⁹⁸Y	0+
⁹⁸Sr	38	60	97,928453(28)	0,653(2) s	β⁻, n (0,25 %)	⁹⁷Y	0+
⁹⁹Sr	38	61	98,93324(9)	0,269(1) s	β⁻ (99,9 %)	⁹⁹Y	3/2+
⁹⁹Sr	38	61	98,93324(9)	0,269(1) s	β⁻, n (0,1 %)	⁹⁸Y	3/2+
¹⁰⁰Sr	38	62	99,93535(14)	202(3) ms	β⁻ (99,02 %)	¹⁰⁰Y	0+
¹⁰⁰Sr	38	62	99,93535(14)	202(3) ms	β⁻, n (0,98 %)	⁹⁹Y	0+
¹⁰¹Sr	38	63	100,94052(13)	118(3) ms	β⁻ (97,63 %)	¹⁰¹Y	(5/2-)
¹⁰¹Sr	38	63	100,94052(13)	118(3) ms	β⁻, n (2,37 %)	¹⁰⁰Y	(5/2-)
¹⁰²Sr	38	64	101,94302(12)	69(6) ms	β⁻ (94,5 %)	¹⁰²Y	0+
¹⁰²Sr	38	64	101,94302(12)	69(6) ms	β⁻, n (5,5 %)	¹⁰¹Y	0+
¹⁰³Sr	38	65	102,94895(54)#	50# ms [>300 ns]	β⁻	¹⁰³Y
¹⁰⁴Sr	38	66	103,95233(75)#	30# ms [>300 ns]	β⁻	¹⁰⁴Y	0+
¹⁰⁵Sr	38	67	104,95858(75)#	20# ms [>300 ns]

Abréviations :
CE : capture électronique ;
TI : transition isomérique.
Isotopes stables en gras.
Soupçonné de se désintégrer par désintégration β⁺β⁺ en ⁸⁴Kr.
Utilisé en datation par le couple rubidium-strontium.
Produit de fission.

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 échantillons 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[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

(en) Clément Bataille, Klervia Jaouen et al., « Triple sulfur-oxygen-strontium isotopes probabilistic geographic assignment of archaeological remains using a novel sulfur isoscape of western Europe », PLOS One,‎ 5 mai 2021 (lire en ligne), accès libre.
(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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