Izotopy wodoru - Isotopes of hydrogen
| |||||||||||||||||||||||||||||
Średnia masa atomowa R standardowe (H) | [1.007 84 , 1.008 11 ] konwencjonalne: 1.008 | ||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Wodór ( 1 H) ma trzy naturalnie występujące izotopy , czasami oznaczane jako 1 H, 2 H i 3 H. 1 H i 2 H są stabilne, natomiast 3 H ma okres półtrwania 12,32 ± 0,02 lat. Istnieje również cięższymi izotopami, z których wszystkie są syntetyczne i ma okres półtrwania krótszy niż jeden zeptosecond (10 -21 s). Spośród nich 7 H jest najbardziej stabilne, a 5 H najmniej.
Wodór jest jedynym elementem , którego izotopy mieć różne nazwy, które pozostają w powszechnym użyciu dzisiaj: 2 H (lub wodór-2), izotop deuteru i 3 H (lub wodór-3), izotopy trytu . Symbole D i T są czasami używane dla deuteru i trytu. IUPAC przyjmuje symboli D i T, ale zaleca stosowanie standardowych Symbole izotopowe ( 2 H, a 3 H), a nie w celu uniknięcia zamieszania w kolejności alfabetycznej sortowania wzorów chemicznych . Izotop 1 H, bez neutronów , jest czasami nazywany protium . (Podczas wczesnych badań nad radioaktywnością, niektórym innym ciężkim izotopom promieniotwórczym nadano nazwy , ale takie nazwy są dziś rzadko używane).
Lista izotopów
Nuklid |
Z | n |
Masa izotopowa ( Da ) |
Pół życia |
Tryb zaniku |
Córka izotopu |
Spin i parzystość |
Obfitość naturalna (ułamek molowy) | Notatka | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Normalna proporcja | Zakres zmienności | ||||||||||||||||||
1 godz | 1 | 0 | 1.007 825 031 898 ± 0,000 000 000 014 | Stabilny | 1/2+ | [0,999 72 ,0,999 99 ] | Prot | ||||||||||||
2 godz. (gł.) | 1 | 1 | 2,014 101 777 844 ± 0,000 000 000 015 | Stabilny | 1+ | [0,000 01 ,0,000 28 ] | Deuter | ||||||||||||
3 H (t) | 1 | 2 | 3.016 049 281 320 ± 0,000 000 000 081 | 12,32 ± 0,02 lat | β − |
3 On |
1/2+ | Namierzać | Tryt | ||||||||||
4 h |
1 | 3 | 4,026 431 867 ± 0,000 107 354 | 139 ± 10 lat | n |
3 h |
2- | ||||||||||||
5 h |
1 | 4 | 5.035 311 492 ± 0,000 096 020 | 86 ± 6 lat | 2n |
3 h |
(1/2+) | ||||||||||||
6 h |
1 | 5 | 6,044 955 437 ± 0,000 272 816 | 294 ± 67 lat | 3n |
3 h |
2-# | ||||||||||||
4n |
2 h |
||||||||||||||||||
7 h |
1 | 6 | 7,052 749 ± 0,001 078 # | 652 ± 558 lat | 4n |
3 h |
1/2+# | ||||||||||||
Ten nagłówek i stopka tabeli: |
- ^ ( ) – Niepewność (1 σ ) podawana jest zwięźle w nawiasach po odpowiednich ostatnich cyfrach.
-
^
Tryby zaniku:
n: Emisja neutronów - ^ Pogrubiony symbol jako córka – Produkt Córka jest stabilny.
- ^ ( ) wartość spinu — wskazuje spin ze słabymi argumentami przypisania.
- ^ # – Wartości oznaczone # nie pochodzą wyłącznie z danych eksperymentalnych, ale przynajmniej częściowo z trendów sąsiednich nuklidów (TNN).
- ^ Chyba żenastąpi rozpad protonu .
- ^ To i 3 He są jedynymi stabilnymi nuklidami z większą ilością protonów niż neutronów.
- ^ Wyprodukowany podczas nukleosyntezy Wielkiego Wybuchu .
- ^ Jeden z niewielu stabilnych jąder nieparzystych
- ^ Wytwarzany w trakcie pierwotna nukleosynteza, ale nie pierwotne, jak wszystkie te atomy są od zepsute do 3 He .
- ^ Kosmogeniczny
Wodór-1 (Prot)
1 H (masa atomowa1.007 825 031 898 ± 0,000 000 000 014 Da ) jest najpowszechniejszym izotopem wodoru z liczebnością ponad 99,98%. Ponieważ jądro tego izotopu składa się tylko z jednego protonu , nadano mu formalną nazwę protium .
Nigdy nie zaobserwowano rozpadu protonu, dlatego wodór-1 jest uważany za stabilny izotop. Niektóre teorie wielkiej unifikacji zaproponowane w latach 70. przewidują, że rozpad protonu może wystąpić z okresem półtrwania między 10 28 a 10 36 lat. Jeśli ta prognoza okaże się prawdziwa, to wodór-1 (i rzeczywiście wszystkie jądra obecnie uważane za stabilne) są stabilne jedynie obserwacyjnie . Do tej pory eksperymenty wykazały, że minimalny okres półtrwania protonu przekracza 10 34 lata.
Wodór-2 (deuter)
2 H (masa atomowa2.014 101 777 844 ± 0.000 000 000 015 Da ), drugi stabilny izotop wodoru, znany jako deuter i zawiera jeden proton i jeden neutron w swoim jądrze. Jądro deuteru nazywa się deuteronem. Deuter zawiera 0,0026-0,0184% (pod względem populacji, a nie masy) próbek wodoru na Ziemi, przy czym mniejszą liczbę można znaleźć w próbkach wodoru gazowego, a wyższe wzbogacenie (0,015% lub 150 ppm) jest typowe dla wody oceanicznej. Deuter na Ziemi został wzbogacony pod względem początkowego stężenia w Wielkim Wybuchu i zewnętrznym Układzie Słonecznym (około 27 ppm, na ułamek atomowy) oraz jego stężenia w starszych częściach galaktyki Drogi Mlecznej (około 23 ppm). Przypuszczalnie zróżnicowana koncentracja deuteru w wewnętrznym Układzie Słonecznym wynika z mniejszej lotności gazu i związków deuteru, wzbogacających frakcje deuteru w kometach i planetach wystawionych na działanie znacznego ciepła ze Słońca przez miliardy lat ewolucji Układu Słonecznego.
Deuter nie jest radioaktywny i nie stanowi znaczącego zagrożenia toksycznego. Woda wzbogacona w cząsteczki zawierające deuter zamiast protu nazywana jest ciężką wodą . Deuter i jego związki są stosowane jako nie-radioaktywny w doświadczeniach chemiczne i rozpuszczalniki 1 H spektroskopii NMR . Ciężka woda jest używana jako moderator neutronów i chłodziwo w reaktorach jądrowych. Deuter jest również potencjalnym paliwem do komercyjnej syntezy jądrowej .
Wodór-3 (Tryt)
3 H (masa atomowa3.016 049 281 320 ± 0.000 000 000 081 Da ) jest znany jako tryt i zawiera jeden proton i dwa neutrony w swoim jądrze. Jest radioaktywny, rozkładających się w hel-3 przez P- próchnicy z okresem półtrwania w12,32 ± 0,02 roku . Śladowe ilości trytu występują naturalnie z powodu interakcji promieni kosmicznych z gazami atmosferycznymi. Tryt został również uwolniony podczas testów broni jądrowej . Jest używany w termojądrowej broni termojądrowej, jako znacznik w geochemii izotopów i specjalizuje się w urządzeniach oświetleniowych z własnym zasilaniem .
Najpopularniejszą metodą produkcji trytu jest bombardowanie neutronami naturalnego izotopu litu, litu-6 , w reaktorze jądrowym .
Tryt był kiedyś rutynowo używany w eksperymentach ze znakowaniem chemicznym i biologicznym jako znacznik radioaktywny . Stało się to mniej powszechne, ale nadal się zdarza. Fuzja jądrowa DT wykorzystuje tryt jako główny reagent, wraz z deuterem , uwalniając energię poprzez utratę masy, gdy dwa jądra zderzają się i łączą w wysokich temperaturach.
Wodór-4
4 H ( masa atomowa 4,026 431 867 ± 0,000 107 354 ) zawiera w swoim jądrze jeden proton i trzy neutrony. Jest to wysoce niestabilny izotop wodoru. Został zsyntetyzowany w laboratorium przez bombardowanie trytu szybko poruszającymi się jądrami deuteru . W tym eksperymencie jądro trytu przechwyciło neutron z szybko poruszającego się jądra deuteru. Obecność wodoru-4 wydedukowano, wykrywając emitowane protony. Ulega rozpadowi poprzez emisję neutronów w wodór-3 (tryt), o okresie półtrwania od139 ± 10 lat (lub(1,39 ± 0,10) x 10 -22 s ).
W powieści satyrycznej The Mouse That Roared z 1955 roku nazwę quadium nadano izotopowi wodoru-4, który napędzał bombę Q, którą Księstwo Wielkiego Fenwick przechwyciło w Stanach Zjednoczonych.
Wodór-5
5 H ( masa atomowa 5.035 311 492 ± 0,000 096 020 ) jest wysoce niestabilnym izotopem wodoru. Jądro składa się z protonu i czterech neutronów. Został zsyntetyzowany w laboratorium przez bombardowanie trytu szybko poruszającymi się jądrami trytu. W tym eksperymencie jedno jądro trytu wychwytuje dwa neutrony z drugiego, stając się jądrem z jednym protonem i czterema neutronami. Pozostały proton można wykryć i wywnioskować istnienie wodoru-5. To rozpada się poprzez podwójną emisji neutronów w wodór-3 (tryt) i ma okres półtrwania od86 ± 6 lat ((8,6 ± 0,6) x 10 -23 s ).
Wodór-6
6 H ( masa atomowa 6,044 955 437 ± 0,000 272 816 ) rozpada się poprzez potrójną emisję neutronów do wodoru-3 (tryt) lub poczwórną emisję neutronów na wodór-2 (deuter) i ma okres półtrwania równy294 ± 67 lat ((2,94 ± 0,67) x 10 -22 s ).
Wodór-7
7 H ( masa atomowa 7,052 749 ± 0,001 078 ) składa się z protonu i sześciu neutronów . Po raz pierwszy w roku 2003 przez syntetyzowane grupy rosyjskim, japońskim i francuskich naukowców z RIKEN jest izotop radioaktywny wiązki fabryce przez bombardowanie wodoru z helem 8 atomów. W powstałej reakcji wszystkie sześć neutronów helu-8 zostało oddanych do jądra wodoru. Dwa pozostałe protony zostały wykryte przez „teleskop RIKEN”, urządzenie składające się z kilku warstw czujników, umieszczone za celem cyklotronu RI Beam. Wodór-7 ma okres półtrwania652 ± 558 lat .
Łańcuchy rozpadu
Większość ciężkich izotopów wodoru rozpada się bezpośrednio do 3 H, który następnie rozpada się do stabilnego izotopu 3 He . Jednak, 6 H sporadycznie obserwuje się rozkładać bezpośrednio do stabilnego 2 H.
Czasy rozpadu są yoctoseconds (10 -24 i) dla wszystkich tych izotopów wyjątkiem 3 H, która wyraża się w ostatnich latach.
Zobacz też
- Biogeochemia izotopów wodoru
- Wodór-4,1 (Mionowy hel)
- Muonium – działa jak egzotyczny lekki izotop wodoru
- Multimedia związane z izotopami wodoru w Wikimedia Commons
Uwagi
Bibliografia
Dalsza lektura
- Dumé, B. (7 marca 2003). „Debiutuje wodór-7” . Fizyka Świat .