Appellations historiques des isotopes

Aux premiers temps des recherches sur la radioactivité, les isotopes découverts étaient parfois compris ou nommés comme des éléments différents, et désignés par une appellation inspirée de leur « ancêtre » radioactif. Les découvertes des années 1900 et 1910 ont ainsi donné lieu à une série d'appellations historiques pour des isotopes se trouvant dans les grandes chaînes de désintégration.

Les premiers temps

Article détaillé : Éléments prédits par Mendeleïev.

L'existence de certains éléments a été postulée avant leur découverte dès que Mendeleiev a pu classer les éléments existants dans la table périodique des éléments en 1869 et y a constaté des lacunes apparentes. Ainsi l'élément en dessous du césium dans la table périodique était-il provisoirement dénommé eka-césium^[1] avant sa découverte effective dans les années 1930 : il s'agit du francium.

Les trois chaînes de désintégration

Série du thorium

Le thorium 232 est abondant sur Terre et possède une demi-vie supérieure à l'âge de celle-ci. Il se désintègre naturellement suivant la chaîne de désintégration $\mathrm {{}_{\ 90}^{232}Th{\xrightarrow[{1,4\times 10^{10}\ a}]{\alpha }}{}_{\ 88}^{228}Ra{\xrightarrow[{5,7\ a}]{\beta ^{-}\ }}{}_{\ 89}^{228}Ac{\xrightarrow[{6,1\ h}]{\beta ^{-}\ }}{}_{\ 90}^{228}Th{\xrightarrow[{1,9\ a}]{\alpha }}{}_{\ 88}^{224}Ra{\xrightarrow[{3,6\ j}]{\alpha }}{}_{\ 86}^{220}Rn{\xrightarrow[{56\ s}]{\alpha }}{}_{\ 84}^{216}Po{\xrightarrow[{0,15\ s}]{\alpha }}{}_{\ 82}^{212}Pb{\xrightarrow[{10,6\ h}]{\beta ^{-}\ }}{}_{\ 83}^{212}Bi{\begin{Bmatrix}{{\xrightarrow[{1\ h}]{64\%\beta ^{-}\ }}{}_{\ 84}^{212}Po{\xrightarrow[{0,3\ \mu s}]{\alpha }}}\\{{\xrightarrow[{1\ h}]{36\%\alpha }}{}_{\ 81}^{208}Tl{\xrightarrow[{3\ min}]{\beta ^{-}\ }}}\end{Bmatrix}}{}_{\ 82}^{208}Pb}$

L'isotope du thorium naturel le plus abondant se désintègre en thorium plus radioactif par deux étapes, d'où les noms historiques des premiers éléments de la chaîne, les isotopes dits « mésothorium » se trouvant entre les deux isotopes du thorium :

²³²Th (thorium) → ²²⁸Ra (mésothorium 1) → ²²⁸Ac (mésothorium 2) → ²²⁸Th (radio-thorium)

Les autres isotopes sont nommés d'après leur place vis-à-vis du ²²⁴Ra, appelé thorium X. L'isotope du radon, ²²⁰Rn est un cas à part, s'agissant d'un gaz il était appelé « émanation du thorium », ou « thoron », de symbole Tn.

²²⁴Ra (thorium X) → ²²⁰Rn (thoron) → ²¹⁶Po (thorium A) → ²¹²Pb (thorium B) → ²¹²Bi (thorium C) → ²¹²Po (thorium C') / ²⁰⁸Tl (thorium C") → ²⁰⁸Pb (thorium D)

Série du radium

La « tête » de la chaîne de désintégration est l'uranium 238, relativement abondant sur Terre en raison de sa longue demi-vie (4,5 milliards d'années), mais il a plusieurs descendants à longue demi-vie que l'on peut isoler. Le dernier dont la demi-vie dépasse le siècle est le radium 226, d'une demi-vie de 1600 ans. Dans cette série, le thorium 230 fut appelé brièvement « ionium » avant que l'on ne réalise qu'il s'agissait de thorium.

$\mathrm {{}_{\ 92}^{238}U{\xrightarrow[{4,5\times 10^{9}\ a}]{\alpha }}{}_{\ 90}^{234}Th{\xrightarrow[{24\ j}]{\beta ^{-}\ }}{}_{\ 91}^{234m}Pa{\xrightarrow[{1,2\ min}]{\beta ^{-}\ }}{}_{\ 92}^{234}U{\xrightarrow[{2,5\times 10^{5}\ a}]{\alpha }}{}_{\ 90}^{230}Th{\xrightarrow[{7,7\times 10^{4}\ a}]{\alpha }}{}_{\ 88}^{226}Ra{\xrightarrow[{1600\ a}]{\alpha }}{}_{\ 86}^{222}Rn}$

²³⁸U (uranium I) → ²³⁴Th (uranium X₁) → ²³⁴Pa (uranium Z) / ^234mPa (uranium X₂ ou brevium) → ²³⁴U (uranium II) → ²³⁰Th (ionium) → ²²⁶Ra

Les éléments les plus radioactifs sont d'autant plus difficile à isoler qu'ils ont une demi-vie courte, ils ne sont donc identifiables que par leur radioactivité. Ils ont d'abord été nommés par leur ancêtre radioactif le plus facilement isolable. Le radon (Rn) est encore un cas à part : il fut longtemps appelé « émanation de radium » (radium emanation, d'où le nom abrégé radon) ou simplement «émanation». L'isotope ²²²Rn reçu un temps l'appellation «Niton», du latin nitens, brillant, avant que l'IUPAC ne se décide pour « radon » en 1923. Cet isotope étant très majoritaire dans la nature, l'élément finit par recevoir le nom de cet isotope

²²⁶Ra → ²²²Rn (émanation) → ²¹⁸Po (radium A) → ²¹⁴Pb (radium B) → ²¹⁴Bi (radium C) → ²¹⁴Po (radium C') → ²¹⁰Pb (radium D ou radioplomb) → ²¹⁰Bi (radium E) → ²¹⁰Po (radium F) → ²⁰⁶Pb (radium G)

Le ²¹⁴Po et le ²¹⁰Tl sont tous les deux isotopes-fils du ²¹⁴Bi à demi-vie très courte (moins de deux minutes) d'où leurs appellations de radium C' et radium C", mais le ²¹⁰Tl est le résultat d'une voie de désintégration minoritaire. Le radium D avait pu être isolé en raison de sa demi-vie comparativement longue (plus de 20 ans), et ses propriétés chimiques analogues au plomb (c'est l'isotope plomb 210) lui ont valu à l'époque l'appellation de radioplomb.

${}_{\ 83}^{214}Bi_{(RaC)}{\begin{cases}{\xrightarrow {99,97\%}}{}_{\ 84}^{214}Po_{(RaC')}\\{\xrightarrow {0,021\%}}{}_{\ 81}^{210}Tl_{(RaC'')}\end{cases}}$

Le ²⁰⁶Tl est lui aussi le descendant à demi-vie courte (4 minutes) d'une voie très minoritaire de désintégration du ²¹⁰Bi (« radium E »), d'où son appellation de radium E" par analogie avec le ²¹⁰Tl, alors que le ²¹⁰Po, à demi-vie plus longue et descendant presque exclusif du ²¹⁰Bi, a reçu l'appellation radium F.

${}_{\ 83}^{210}Bi_{(RaE)}{\begin{cases}{\xrightarrow {}}_{\ 84}^{210}Po_{(RaF)}{\xrightarrow[{138\ j}]{}}^{206}Pb\\{\xrightarrow {1,32\times 10^{-4}\%}}{}_{\ 81}^{206}Tl_{(RaE'')}\end{cases}}$

Série de l'actinium

L'actinium 227 fait partie de la chaîne de désintégration de l'uranium 235, le troisième et dernier isotope radioactif primordial à demi-vie très longue (700 millions d'années) naturellement présent sur Terre en quantités appréciables.

$\mathrm {{}_{\ 92}^{235}U{\xrightarrow[{7\times 10^{8}\ a}]{\alpha }}{}_{\ 90}^{231}Th{\xrightarrow[{25\ h}]{\beta ^{-}\ }}{}_{\ 91}^{231}Pa{\xrightarrow[{3,3\times 10^{4}\ a}]{\alpha }}{}_{\ 89}^{227}Ac{\begin{Bmatrix}{{\xrightarrow[{22\ a}]{98,6\%\beta ^{-}\ }}{}_{\ 90}^{227}Th{\xrightarrow[{19\ j}]{\alpha }}}\\{{\xrightarrow[{22\ a}]{1,4\%\alpha }}{}_{\ 87}^{223}Fr{\xrightarrow[{21,8\ min}]{\beta ^{-}\ }}}\end{Bmatrix}}{}_{\ 88}^{223}Ra{\xrightarrow[{11\ j}]{\alpha }}{}_{\ 86}^{219}Rn{\xrightarrow[{4\ s}]{\alpha }}{}_{\ 84}^{215}Po{\xrightarrow[{1,8\ ms}]{\alpha }}{}_{\ 82}^{211}Pb{\xrightarrow[{36\ min}]{\beta ^{-}\ }}{}_{\ 83}^{211}Bi{\begin{Bmatrix}{{\xrightarrow[{2,1\ min}]{99,7\%\alpha }}{}_{\ 81}^{207}Tl{\xrightarrow[{4,8\ min}]{\beta ^{-}\ }}}\\{{\xrightarrow[{2,1\ min}]{0,3\%\beta ^{-}\ }}{}_{\ 84}^{211}Po{\xrightarrow[{0,5\ s}]{\alpha }}}\end{Bmatrix}}{}_{\ 82}^{207}Pb}$

L'uranium 235 est plus rare et plus radioactif que l'uranium 238, alors que son descendant l'actinium 227 est l'isotope le plus abondant de cet élément (actinium vient du grec ἀκτῖνος, « rayon lumineux »). Les membres de cette chaîne de désintégration ont donc essentiellement reçu des noms issus de cet élément : l'uranium 235 était appelé « actino-uranium ».

²³⁵U (actino-uranium) → ²³¹Th (uranium Y) → ²³¹Pa (proto-actinium) → ²²⁷Ac (actinium)

Les cas du radium et du radon sont à nouveau à part : le radium est nommé en « X » (comme dans la série du thorium), et le gaz est nommé émanation de l'actinium, ou « actinon », de symbole An.

²²⁷Ac → ²²⁷Th (radioactinium) → ²²³Ra (actinium X) → ²¹⁹Rn (actinon) → ²¹⁵Po (actinium A) → ²¹¹Pb (actinium B) → ²¹¹Bi (actinium C) → ²¹¹Po (actinium C') / ²⁰⁷Tl (actinium C") → ²⁰⁷Pb (actinium D)

Bien que ²⁰⁷Tl fasse ici partie de la voie majoritaire, il est nommé« actinium C" » par analogie avec ²⁰⁸Tl (thorium C") et ²¹⁰Tl (radium C"), l'isotope du polonium héritant de l'appellation en C'. Le francium 223, descendant minoritaire de l'actinium 227, était appelé« actinium K » et a été formellement identifié comme étant l'eka-césium qui manquait alors à la classification périodique.

Tableau

Série du thorium				Série du radium				Série de l'actinium
Symbole actuel		Nom historique (symbole)		Symbole actuel		Nom historique (symbole)		Symbole actuel		Nom historique (symbole)
				²³⁸U		Uranium 1 (U_I)		²³⁵U		Actino-uranium (AcU)
²³²Th		Thorium (Th)		²³⁴Th		Uranium X₁ (UX₁)		²³¹Th		Uranium Y (UY)
²²⁸Ra		Mésothorium 1 (MsTh₁)		^234mPa	Uranium X₂ (UX₂), Brevium	²³⁴Pa	Uranium Z (UZ)	²³¹Pa		Protactinium , Proto-actinium
²²⁸Ac		Mésothorium 2 (MsTh₂)		²³⁴U		Uranium 2 (U_II)		²²⁷Ac		Actinium (Ac)
²²⁸Th		Radio-thorium (RdTh)		²³⁰Th		Ionium (Io)		²²⁷Th	Radio-actinium (RdAc)	²²³Fr	Actinium K (AcK), Eka-césium
²²⁴Ra		Thorium X (ThX)		²²⁶Ra		Radium (Ra)		²²³Ra		Actinium X (AcX)
²²⁰Rn		Thoron (Tn), émanation de thorium		²²²Rn		Radon (Rn), Niton, émanation		²¹⁹Rn		Actinon (An), émanation d'actinium
²¹⁶Po		Thorium A (ThA)		²¹⁸Po		Radium A (RaA)		²¹⁵Po		Actinium A (AcA)
²¹²Pb		Thorium B (ThB)		²¹⁴Pb		Radium B (RaB)		²¹¹Pb		Actinium B (AcB)
²¹²Bi		Thorium C (ThC)		²¹⁴Bi		Radium C (RaC)		²¹¹Bi		Actinium C (AcC)
²¹²Po	Thorium C' (ThC')	²⁰⁸Tl	Thorium C" (ThC")	²¹⁴Po	Radium C' (RaC')	²¹⁰Tl	Radium C" (RaC")	²¹¹Po	Actinium C' (AcC')	²⁰⁷Tl	Actinium C" (AcC")
²⁰⁸Pb		Thorium D (ThD)		²¹⁰Pb		Radium D (RaD) Radioplomb		²⁰⁷Pb		Actinium D (AcD)
				²¹⁰Bi		Radium E (RaE)
				²¹⁰Po	Radium F (RaF)	²⁰⁶Tl	Radium E" (RaE")
				²⁰⁶Pb		Radium G (RaG)

Les isotopes majoritaires ayant donné leur nom à l'élément sont indiqués en gras. Toutes les voies de désintégration ne sont pas représentées - uniquement celles ayant donné lieu à une appellation historique.

Obsolescence des appellations historiques

Le concept d'isotope est formulé en 1912 par Frederick Soddy ; cette idée que des atomes de mêmes propriétés chimiques mais de propriétés nucléaires différentes puissent appartenir au même élément lui vaut le prix Nobel de chimie en 1921. Depuis que les différents isotopes sont nommés systématiquement d'après le nom de leur élément suivi de leur nombre de masse, les noms historiques sont tombés en désuétude. On les retrouve cependant encore dans l'industrie nucléaire, où ils se font de plus en plus rares, ou dans les documents historiques.

Références

↑ (en) Marco Fontani, Mariagrazia Costa et Mary Virginia Orna, The Lost Elements : The Periodic Table's Shadow Side, Oxford, Oxford University Press, 13 octobre 2014, 531 p. (ISBN 978-0-19-938334-4, BNF 44297230, présentation en ligne)

Ernest Rutherford (trad. Simon Villeneuve, relu par Cantons-de-l'Est), « Produits de transformation lente du radium », 1905 (consulté le 16 mars 2016)

[1] (en) Marco Fontani, Mariagrazia Costa et Mary Virginia Orna, The Lost Elements : The Periodic Table's Shadow Side, Oxford, Oxford University Press, 13 octobre 2014, 531 p. (ISBN 978-0-19-938334-4, BNF 44297230, présentation en ligne)

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