Isotopes du nickel

Le nickel (symbole Ni, numéro atomique 28) possède 31 isotopes de nombre de masse variant entre 48 et 78, ainsi que sept isomères nucléaires. Il existe dans la nature sous la forme de cinq isotopes stables : ⁵⁸Ni (majoritaire), ⁶⁰Ni, ⁶¹Ni, ⁶²Ni et ⁶⁴Ni. On lui attribue une masse atomique standard de 58,6934(2) u

26 radioisotopes du nickel ont été caractérisés, le plus stable étant ⁵⁹Ni avec une demi-vie de 76 000 années, suivi de ⁶³Ni (100,1 années) et de ⁵⁶Ni (6,077 jours). Tous les autres radioisotopes ont une demi-vie inférieure à 60 heures, et la plupart inférieure à 30 secondes. Les isotopes les plus légers (jusqu'à ⁵⁹Ni) se désintègrent principalement par émission β en isotopes du cobalt et un peu plus rarement en isotopes du fer par émission de positron (β) et émission de proton, les plus lourds (à partir de ⁶³Ni) principalement par émission β⁻ en isotopes du cuivre.

Isotopes notables

Nickel naturel

Le nickel naturel est constitué des cinq isotopes stables ⁵⁸Ni, ⁶⁰Ni, ⁶¹Ni, ⁶²Ni et ⁶⁴Ni.

Isotope	Abondance (pourcentage molaire)
⁵⁸Ni	68,0769 (89) %
⁶⁰Ni	26,2231 (77) %
⁶¹Ni	1,1399 (6) %
⁶²Ni	3,6345 (17) %
⁶⁴Ni	0,9256 (9) %

Nickel 48

Article détaillé : Nickel 48.

Le nickel 48 (⁴⁸Ni) possède un noyau constitué de 28 protons et de 20 neutrons et est l'isotope connu le plus pauvre en neutrons. Il a été découvert en 1999. ⁴⁸Ni est « doublement magique » (tout comme le plomb 208) et est donc exceptionnellement stable^[1] (demi-vie de 10 ms malgré un fort déficit en neutron).

Nickel 56

Article détaillé : Nickel 56.

Le nickel 56 (⁵⁶Ni) possède un noyau constitué de 28 protons et de 28 neutrons. Il est produit en grandes quantités par des supernovas de type Ia, et la courbe de lumière de ces supernovas correspond à la désintégration du nickel 56 en cobalt 56 et en fer 56. Comme le nickel 48, il est « doublement magique » et donc relativement stable.

Nickel 58

Le nickel 58 (⁵⁸Ni) possède un noyau constitué de 28 protons et de 30 neutrons. C'est le plus abondant des isotopes naturels, avec une abondance naturelle de 68,077 %. Ses sources possibles sont la capture électronique à partir du cuivre 58 ainsi que la capture électronique et l'émission de proton depuis le zinc 59. Si ⁵⁸Ni a été observé comme stable, on le soupçonne de se désintégrer par double radiation β en ⁵⁸Fe^[2], avec une demi-vie très longue (supérieure à 700 × 10¹⁸ années).

Nickel 59

Le nickel 59 (⁵⁹Ni) possède un noyau constitué de 28 protons et de 31 neutrons. C'est un radionucléide cosmogénique à longue vie (demi-vie de 76 000 années). ⁵⁹Ni a de nombreuses applications en géologie isotopique. Il a par exemple été utilisé pour dater des météorites et pour déterminer l'abondance de poussières extraterrestres dans la glace et des sédiments.

Nickel 60

Article détaillé : Nickel 60.

Le nickel 60 (⁶⁰Ni) possède un noyau constitué de 28 protons et de 32 neutrons. C'est l'isotope-fils d'un radionucléide disparu, le fer 60 (demi-vie de 2,6 millions d'années). Le fer 60 ayant une demi-vie aussi longue, sa persistance dans les matériaux du système solaire à des concentrations suffisamment élevées a provoqué des variations observables dans la composition isotopique du nickel. Ainsi, l'abondance en nickel 60 dans des matériaux extraterrestres peut donner un aperçu sur l'origine du système solaire et sur son histoire précoce/très précoce. Malheureusement, les isotopes du nickel semblent avoir été répartis de façon hétérogène dans le système solaire primitif. Ainsi, à l'heure actuelle, aucune réelle information concernant l'âge du système solaire n'a été obtenue via l'étude des excès en nickel 60. D'autres sources en nickel 60 peuvent être la désintégration β du cobalt 60 ou la capture électronique à partir du cuivre 60.

Nickel 62

Article détaillé : Nickel 62.

Le nickel 62 (⁶²Ni) possède un noyau constitué de 28 protons et de 34 neutrons. C'est l'isotope ayant la plus haute énergie de liaison par nucléon parmi tous les isotopes de n'importe quel élément. Il est libéré plus d'énergie par la formation de cet isotope que par n'importe quel autre, même si la fusion peut former des isotopes plus lourds. Par exemple deux atomes de calcium 40 peuvent fusionner en krypton 80 et quatre électrons, libérant 77 keV par nucléon, mais des réactions menant dans la région fer/nickel sont plus probables car elles libèrent plus d'énergie par baryon.

Nickel 63

Article détaillé : Nickel 63.

Le nickel 63 (⁶³Ni) possède un noyau constitué de 28 protons et de 35 neutrons. Il n'est formé qu'artificiellement dans des installations nucléaires^[3].

Nickel 64

Le nickel 64 (⁶⁴Ni) possède un noyau constitué de 28 protons et de 36 neutrons. Il peut être formé par désintégration β du cobalt 64 ou par capture électronique du cuivre 64.

Nickel 78

Le nickel 78 (⁷⁸Ni) possède un noyau constitué de 28 protons et de 50 neutrons. C'est l'isotope connu du nickel le plus lourd, et on pense qu'il a un rôle important dans la nucléosynthèse dans les supernovas d'éléments plus lourds que le fer^[4].

Table des isotopes

Symbole de l'isotope	Z (p)	N (n)	masse isotopique	Demi-vie	Mode(s) de désintégration^[5]^,^{[n 1]}	Isotope(s) fils^{[n 2]}	Spin nucléaire
Symbole de l'isotope	Énergie d'excitation			Demi-vie	Mode(s) de désintégration^[5]^,^{[n 1]}	Isotope(s) fils^{[n 2]}	Spin nucléaire
⁴⁸Ni	28	20	48,01975(54)#	10# ms [>500 ns]			0
⁴⁹Ni	28	21	49,00966(43)#	13(4) ms [12( 5-3) ms]			7/2-#
⁵⁰Ni	28	22	49,99593(28)#	9,1(18) ms	β	⁵⁰Co	0
⁵¹Ni	28	23	50,98772(28)#	30# ms [>200 ns]	β	⁵¹Co	7/2-#
⁵²Ni	28	24	51,97568(9)#	38(5) ms	β (83 %)	⁵²Co	0
⁵²Ni	28	24	51,97568(9)#	38(5) ms	β, p (17 %)	⁵¹Fe	0
⁵³Ni	28	25	52,96847(17)#	45(15) ms	β (55 %)	⁵³Co	(7/2-)#
⁵³Ni	28	25	52,96847(17)#	45(15) ms	β, p (45 %)	⁵²Fe	(7/2-)#
⁵⁴Ni	28	26	53,95791(5)	104(7) ms	β	⁵⁴Co	0
⁵⁵Ni	28	27	54,951330(12)	204,7(17) ms	β	⁵⁵Co	7/2-
⁵⁶Ni	28	28	55,942132(12)	6,075(10) j	β	⁵⁶Co	0
⁵⁷Ni	28	29	56,9397935(19)	35,60(6) h	β	⁵⁷Co	3/2-
⁵⁸Ni	28	30	57,9353429(7)	Observé stable^{[n 3]}			0
⁵⁹Ni	28	31	58,9343467(7)	7,6(5) × 10⁴ a	CE	⁵⁹Co	3/2-
⁶⁰Ni	28	32	59,9307864(7)	Stable			0
⁶¹Ni	28	33	60,9310560(7)	Stable			3/2-
⁶²Ni^{[n 4]}	28	34	61,9283451(6)	Stable			0
⁶³Ni	28	35	62,9296694(6)	100,1(20) a	β⁻	⁶³Cu	1/2-
^63mNi	87,15(11) keV			1,67(3) µs			5/2-
⁶⁴Ni	28	36	63,9279660(7)	Stable			0
⁶⁵Ni	28	37	64,9300843(7)	2,5172(3) h	β⁻	⁶⁵Cu	5/2-
^65mNi	63,37(5) keV			69(3) µs			1/2-
⁶⁶Ni	28	38	65,9291393(15)	54,6(3) h	β⁻	⁶⁶Cu	0
⁶⁷Ni	28	39	66,931569(3)	21(1) s	β⁻	⁶⁷Cu	1/2-
^67mNi	1007(3) keV			13,3(2) µs	β⁻	⁶⁷Cu	9/2
^67mNi	1007(3) keV			13,3(2) µs	TI	⁶⁷Ni	9/2
⁶⁸Ni	28	40	67,931869(3)	29(2) s	β⁻	⁶⁸Cu	0
^68m1Ni	1770,0(10) keV			276(65) ns			0
^68m2Ni	2849,1(3) keV			860(50) µs			5-
⁶⁹Ni	28	41	68,935610(4)	11,5(3) s	β⁻	⁶⁹Cu	9/2
^69m1Ni	321(2) keV			3,5(4) s	β⁻	⁶⁹Cu	(1/2-)
^69m1Ni	321(2) keV			3,5(4) s	TI	⁶⁹Ni	(1/2-)
^69m2Ni	2701(10) keV			439(3) ns			(17/2-)
⁷⁰Ni	28	42	69,93650(37)	6,0(3) s	β⁻	⁷⁰Cu	0
^70mNi	2860(2) keV			232(1) ns			8
⁷¹Ni	28	43	70,94074(40)	2,56(3) s	β⁻	⁷¹Cu	1/2-#
⁷²Ni	28	44	71,94209(47)	1,57(5) s	β⁻ (> 99,9 %)	⁷²Cu	0
β⁻, n (< 0,1 %)	28	44	71,94209(47)	1,57(5) s	⁷¹Cu		0
⁷³Ni	28	45	72,94647(32)#	0,84(3) s	β⁻ (> 99,9 %)	⁷³Cu	(9/2 )
β⁻, n (< 0,1 %)	28	45	72,94647(32)#	0,84(3) s	⁷²Cu		(9/2 )
⁷⁴Ni	28	46	73,94807(43)#	0,68(18) s	β⁻ (>99,9 %)	⁷⁴Cu	0
β⁻, n (<0,1 %)	28	46	73,94807(43)#	0,68(18) s	⁷³Cu		0
⁷⁵Ni	28	47	74,95287(43)#	0,6(2) s	β⁻ (98,4 %)	⁷⁵Cu	(7/2 )#
β⁻, n (1,6 %)	28	47	74,95287(43)#	0,6(2) s	⁷⁴Cu		(7/2 )#
⁷⁶Ni	28	48	75,95533(97)#	470(390) ms [0,24( 55-24) s]	β⁻ (>99,9 %)	⁷⁶Cu	0
β⁻, n (<0,1 %)	28	48	75,95533(97)#	470(390) ms [0,24( 55-24) s]	⁷⁵Cu		0
⁷⁷Ni	28	49	76,96055(54)#	300# ms [>300 ns]	β⁻	⁷⁷Cu	9/2 #
⁷⁸Ni	28	50	77,96318(118)#	120# ms [>300 ns]	β⁻	⁷⁸Cu	0

↑ Abréviations :
TI : transition isomérique ;
CE : capture électronique.
↑ Isotopes stables en gras.
↑ Soupçonné de subir une désintégration ββ en ⁵⁸Fe avec une demi-vie supérieure à 700 × 10¹⁸ années.
↑ Plus haute énergie de liaison par nucléon de tous les isotopes.

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.

Dans le système solaire

La composition isotopique du nickel est essentiellement la même dans les échantillons extraterrestres que sur Terre, à l'exception de certaines météorites non différenciées (chondrites) et particulièrement des chondrites CI. Dans les inclusions réfractaires des CI Ivuna et Efremovka, des déficits en ⁵⁸Ni et ⁶⁰Ni de jusqu'à 0,1 % ont été mesurés, ainsi que des enrichissements en ⁵⁸Ni de jusqu'à 400 ppm et des déficits et enrichissements d'environ 100 ppm en ⁶⁰Ni et ⁶⁴Ni. Ces variations sont attribuées à au moins quatre sources nucléosynthétiques différentes^[6].

Notes et références

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

↑ (en) P. W., « Twice-magic metal makes its debut - isotope of nickel », Science News, 23 octobre 1999 (consulté le 29 septembre 2006)
↑ (en) « decay modes of Fe-58 vs Ni-58 »
↑ IRSN, Fiche IRSN consacrée à cet Isotope dans l'environnement
↑ (en) - News from Sky & Telescope - SkyandTelescope.com Atom Smashers Shed Light on Supernovae, Big Bang By: Davide Castelvecchi | April 22, 2005
↑ (en) Universal Nuclide Chart
↑ (en) Georgy V. Makhatadze, Martin Schiller et Martin Bizzarro, « High precision nickel isotope measurements of early Solar System materials and the origin of nucleosynthetic disk variability », Geochimica et Cosmochimica Acta, vol. 343,‎ 15 février 2023, p. 17-32 (DOI 10.1016/j.gca.2022.12.020 ).

Voir aussi

Sources

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