Isotopes du thallium — Wikipédia

Le thallium (symbole Tl, numéro atomique 81) possède 37 isotopes connus, de nombre de masse variant entre 176 et 212, et 42 isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, seuls deux, ²⁰³Tl et ²⁰⁵Tl, sont stables^[a] ; ils constituent la quasi-totalité du thallium naturel^[b], dans un ratio 30/70. La masse atomique standard attribuée au thallium est de 204,383 3(2) u.

Parmi les 35 radioisotopes du thallium artificiels, ceux à la plus longue durée de vie sont ²⁰⁴Tl avec une demi-vie de 3,78 années, et ²⁰²Tl (12,23 jours). Parmi les radioisotopes naturels (issus de la chaîne désintégration d'isotopes de l'uranium ou du thorium), ²⁰⁷Tl a la plus longue demi-vie (4,77 minutes).

Les isotopes plus légers que ²⁰³Tl et de nombre de masse supérieurs à 181 se désintègrent principalement par émission de positron (β⁺), en isotopes du mercure, à l'exception de ²⁰¹Tl qui se désintègre lui par capture électronique. Les isotopes plus légers se désintègrent eux soit par émission de proton, soit radioactivité α, ou encore partiellement par radioactivité α et partiellement par émission de positron, en isotopes du mercure ou de l'or. Les radioisotopes plus lourds que ²⁰³Tl se désintègrent eux principalement par désintégration β⁻ en isotopes du plomb.

En état totalement ionisé, l'isotope ²⁰⁵Tl devient β-radioactif, se désintégrant en ²⁰⁵Pb^[1], ce qui signifie que dans cet état, le thallium possède un seul isotope stable, ²⁰³Tl.

Les isotopes stables du thallium ne sont pas affectés par le fractionnement lors des processus magmatiques^[2].

Le thallium permet donc un traçage des sédiments pélagiques, des croûtes de FeMn et de la croûte océanique altérée à basse température, permettant d'« élucider la nature des sources mantelliques des basaltes océaniques et de certaines laves (et pas uniquement les laves primitives)^[2] ».

Des décennies après une pollution, l'origine du thallium échantillonné dans le sol peut être, dans une certaine mesure, tracée grâce aux isotopes, tout en sachant qu'un fractionnement isotopique du thallium peut se produire dans le sol [et des cendres volantes présentent une composition isotopique légèrement différente (ε205Tl ∼ −4,1) de celles de scories (ε205Tl ∼ −3,3)]. Après un apport anthropique de thallium, la redistribution de ces isotopes isotopes dans les horizons du sol (subsurface) est dépendante des processus abiotiques et probablement biotiques de sorption et/ou de précipitation (dans le sol et dans l'eau du sol)^[3].

Le thallium naturel est constitué des deux isotopes stables ²⁰³Tl et ²⁰⁵Tl, et de traces des radioisotopes présents dans les chaînes de désintégration de l'uranium et du thorium (²⁰⁶Tl et ²¹⁰Tl comme descendants de l'uranium 238, ²⁰⁷Tl descendant de l'uranium 235, et ²⁰⁸Tl descendant du thorium 232). Comme les quatre radioisotopes naturels ont tous des demi-vies très courtes (inférieure à cinq minutes), ils sont présents en quantités trop infimes pour être quantifiables dans le sol.

Le thallium 201 (²⁰¹Tl) est l'isotope du thallium dont le noyau est constitué de 81 protons et de 120 neutrons. C'est un radioisotope artificiel se désintégrant par capture électronique en mercure 201 avec un demi-vie de 72,912 heures. Il est obtenu par décroissance radioactive du plomb 201 lui-même obtenu dans un cyclotron, en bombardant des cibles de thallium 203 par des protons, selon la réaction^[4] :

²⁰³Tl (p,3n) → ²⁰¹Pb → ²⁰¹Tl

Ayant des caractéristiques analogues au potassium, le thallium 201 est employé comme traceur radioactif en médecine nucléaire diagnostique, principalement en scintigraphie myocardique.

L'un des deux isotopes stables du thallium, il est l'un des descendants possibles (bien que très minoritaire par cette voie) de la chaîne de désintégration de l'uranium 238^[5].

Le thallium 206 est un descendant possible mais très minoritaire du bismuth 210, faisant partie de la chaîne de désintégration du radium 226 (ou de l'uranium 238). Il était historiquement appelé radium E".

Le thallium 207 était historiquement appelé actinium C".

Le thallium 208 fait partie de la chaîne de désintégration du thorium 232, d'où son appellation historique de thorium C".

Le thallium 210 a d'abord été appelé « radium C" » car c'est l'un des descendants minoritaires de ²¹⁴Bi, lui-même anciennement appelé « radium C » (car présent dans la chaîne de désintégration du radium 226).

• 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^[8].

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

• 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.

• (en) Shelby T. Rader, Frank K. Mazdab et Mark D. Barton, « Mineralogical thallium geochemistry and isotope variations from igneous, metamorphic, and metasomatic systems », Geochimica et Cosmochimica Acta, vol. 243,‎ décembre 2018, p. 42–65 (DOI 10.1016/j.gca.2018.09.019, lire en ligne, consulté le 29 juillet 2022).

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