Изотопы водорода - Isotopes of hydrogen

Основные изотопы водорода   ( 1 H)
Изотоп Разлагаться
избыток период полураспада ( т 1/2 ) Режим продукт
1 ч [0,999 72 , 0,999 99 ] стабильный
2 ч [0,000 01 , 0,000 28 ] стабильный
3 ч след 12.32 (2) г β - 3 Он
Стандартный атомный вес A r, стандартный (H) [1.007 84 , 1.008 11 ] условный: 1,008
Три самых стабильных изотопа водорода: протий ( A = 1), дейтерий ( A = 2) и тритий ( A = 3).

Водород ( 1 H) имеет три встречающихся в природе изотопа , иногда обозначаемых 1 H, 2 H и 3 H. 1 H и 2 H стабильны, а 3 H имеет период полураспада 12,32 ± 0,02 года. Также существуют более тяжелые изотопы, все из которых являются синтетическими и имеют период полураспада менее одной зептосекунды (10 −21 с). Из них 7 H являются наиболее стабильными, а 5 H - наименее устойчивыми .

Водород - единственный элемент , изотопы которого имеют разные названия, которые широко используются сегодня: изотоп 2 H (или водород-2) - это дейтерий, а изотоп 3 H (или водород-3) - это тритий . Символы D и T иногда используются для обозначения дейтерия и трития. ИЮПАК принимает символы и Т - D, но рекомендует использовать стандартные изотопные символы ( 2 H и 3 H) вместо того, чтобы, чтобы избежать путаницы в алфавитной сортировки химических формул . Изотоп 1 H, не содержащий нейтронов , иногда называют протием . (Во время ранних исследований радиоактивности некоторым другим тяжелым радиоактивным изотопам были даны имена , но сегодня такие имена используются редко.)

Список изотопов

Нуклид
 Z N Изотопная масса ( Да )
 Период полураспада
Режим распада
 Дочерний
изотоп
 Спин и
паритет
 Естественное изобилие (мольная доля) Примечание
Нормальная пропорция Диапазон вариации
1 ч 1 0 1,007 825 031 898 ± 0,000 000 000 014 Стабильный 1/2 + [0,999 72 ,0,999 99 ] Protium
2 H (D) 1 1 2,014 101 777 844 ± 0,000 000 000 015 Стабильный 1+ [0,000 01 ,0,000 28 ] Дейтерий
3 H (Т) 1 2 3,016 049 281 320 ± 0,000 000 000 081 12,32 ± 0,02 года β - 3
Он
 		1/2 + След Тритий
4
ЧАС
 		1 3 4,026 431 867 ± 0,000 107 354 139 ± 10 лет п 3
ЧАС
 		2−
5
ЧАС
 		1 4 5,035 311 492 ± 0,000 096 020 86 ± 6 лет 2n 3
ЧАС
 		(1/2 +)
6
ЧАС
 		1 5 6,044 955 437 ± 0,000 272 816 294 ± 67 лет 3n 3
ЧАС
 		2− #
4n 2
ЧАС
7
ЧАС
 		1 6 7,052 749 ± 0,001 078 # 652 ± 558 лет 4n 3
ЧАС
 		1/2 + #
Этот заголовок и нижний колонтитул таблицы:
  1. ^ () - Неопределенность (1 σ ) дана в сжатой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
  2. ^ Режимы распада:
    n: Эмиссия нейтронов
  3. ^ Дочерний символ жирным шрифтом - Дочерний продукт стабилен.
  4. ^ () значение спина - указывает вращение со слабыми аргументами присваивания.
  5. ^ # - Значения, отмеченные знаком #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN).
  6. ^ Если непроисходит распада протона .
  7. ^ Этот и 3 He - единственные стабильные нуклиды, у которых протонов больше, чем нейтронов.
  8. ^ Произведено во время нуклеосинтеза Большого взрыва .
  9. ^ Одно из немногих стабильных нечетно-нечетных ядер
  10. ^ Произведено во время нуклеосинтеза Большого взрыва, но не первично, так как все такие атомы с тех пор распались до 3 He .
  11. ^ Космогенный

Водород-1 (Протий)

Протий, наиболее распространенный изотоп водорода, состоит из одного протона и одного электрона. Уникальный среди всех стабильных изотопов, он не имеет нейтронов. (см. дипротон для обсуждения того, почему другие не существуют)
Основная статья: атом водорода

1 H (атомная масса1.007 825 031 898 ± 0,000 000 000 014  Да ) - наиболее распространенный изотоп водорода с содержанием более 99,98%. Поскольку ядро этого изотопа состоит только из одного протона , ему дали формальное название протий .

Распад протона никогда не наблюдался, поэтому водород-1 считается стабильным изотопом. Некоторые теории великого объединения, предложенные в 1970-х годах, предсказывают, что распад протона может происходить с периодом полураспада от 10 28 до 10 36 лет. Если это предсказание окажется верным, то водород-1 (и действительно все ядра, которые сейчас считаются стабильными) стабильны только по наблюдениям . На сегодняшний день эксперименты показали, что минимальный период полураспада протона превышает 10 34 лет.

Водород-2 (дейтерий)

Основная статья: Дейтерий
Атом дейтерия содержит один протон, один нейтрон и один электрон.

2 H (атомная масса2,014 101 777 844 ± 0,000 000 000 015  Да ), другой стабильный изотоп водорода, известный как дейтерий, содержит один протон и один нейтрон в своем ядре. Ядро дейтерия называется дейтроном. Дейтерий составляет 0,0026–0,0184% (по численности населения, а не по массе) образцов водорода на Земле, причем меньшее количество обычно встречается в образцах газообразного водорода, а более высокое обогащение (0,015% или 150 частей на миллион) типично для океанской воды. Дейтерий на Земле был обогащен в отношении его начальной концентрации в Большом взрыве и внешней части Солнечной системы (около 27 ppm, по атомной доле) и его концентрации в более старых частях галактики Млечный Путь (около 23 ppm). Предположительно, разная концентрация дейтерия во внутренней части Солнечной системы связана с более низкой летучестью газа и соединений дейтерия, обогащающих фракции дейтерия в кометах и ​​планетах, подвергающихся значительному воздействию солнечного тепла на протяжении миллиардов лет эволюции Солнечной системы.

Дейтерий не радиоактивен и не представляет значительной опасности токсичности. Вода, обогащенная молекулами, в состав которых входит дейтерий вместо протия, называется тяжелой водой . Дейтерий и его соединения используются в качестве нерадиоактивной метки в химических экспериментах и ​​в растворителях для спектроскопии 1 H- ЯМР . Тяжелая вода используется в качестве замедлителя нейтронов и теплоносителя в ядерных реакторах. Дейтерий также является потенциальным топливом для коммерческого ядерного синтеза .

Водород-3 (тритий)

Основная статья: Тритий
Атом трития содержит один протон, два нейтрона и один электрон.

3 H (атомная масса3,016 049 281 320 ± 0,000 000 000 081  Да ) известен как тритий и содержит в своем ядре один протон и два нейтрона. Это радиоактивные, разлагающихся в гелий-3 через бета- распад с периодом полураспада от12,32 ± 0,02 в год . Незначительные количества трития возникают естественным образом из-за взаимодействия космических лучей с атмосферными газами. Тритий также был выделен во время испытаний ядерного оружия . Он используется в оружии термоядерного синтеза, как индикатор в изотопной геохимии и специализируется на осветительных устройствах с автономным питанием .

Наиболее распространенный метод производства трития - бомбардировка естественного изотопа лития, лития-6 , нейтронами в ядерном реакторе .

Когда-то тритий обычно использовался в экспериментах по химической и биологической маркировке в качестве радиоактивной метки . Это стало менее распространенным, но все еще случается. DT- ядерный синтез использует тритий в качестве основного реагента наряду с дейтерием , высвобождая энергию за счет потери массы, когда два ядра сталкиваются и сливаются при высоких температурах.

Водород-4

4 H ( атомная масса 4.026 431 867 ± 0.000 107 354 ) содержит в своем ядре один протон и три нейтрона. Это очень нестабильный изотоп водорода. Он был синтезирован в лаборатории путем бомбардировки трития быстро движущимися ядрами дейтерия . В этом эксперименте ядро ​​трития захватило нейтрон из быстро движущегося ядра дейтерия. Присутствие водорода-4 было установлено путем регистрации испускаемых протонов. Он распадается через эмиссии нейтронов в водород-3 (тритий) с периодом полураспада от139 ± 10 лет (или(1,39 ± 0,10) × 10 −22  с ).

В сатирическом романе 1955 года « Ревущая мышь» название « квадиум» было дано изотопу водорода-4, который приводил в действие Q-бомбу , захваченную герцогством Гранд Фенвик у Соединенных Штатов.

Водород-5

5 H ( атомная масса 5.035 311 492 ± 0,000 096 020 ) - крайне нестабильный изотоп водорода. Ядро состоит из протона и четырех нейтронов. Он был синтезирован в лаборатории путем бомбардировки трития быстро движущимися ядрами трития. В этом эксперименте одно ядро ​​трития захватывает два нейтрона от другого, становясь ядром с одним протоном и четырьмя нейтронами. Оставшийся протон может быть обнаружен, и можно сделать вывод о существовании водорода-5. Он распадается через двойной эмиссии нейтронов в водород-3 (тритий) и имеет период полураспада от86 ± 6 лет ((8,6 ± 0,6) × 10 −23  с ).

Водород-6

6 H ( атомная масса 6,044 955 437 ± 0,000 272 816 ) распадается либо путем тройной эмиссии нейтронов в водород-3 (тритий) или четверной эмиссии нейтронов в водород-2 (дейтерий) и имеет период полураспада от294 ± 67 лет ((2,94 ± 0,67) × 10 −22  с ).

Водород-7

7 H ( атомная масса 7.052 749 ± 0.001 078 ) состоит из протона и шести нейтронов . Он был впервые синтезирован в 2003 году группой русских, японских и французских ученых в RIKEN «s Радиоактивный изотоп Beam Factory бомбардировкой водорода с гелием 8 атомов. В результате реакции все шесть нейтронов гелия-8 были переданы ядру водорода. Два оставшихся протона были обнаружены телескопом RIKEN, устройством, состоящим из нескольких слоев датчиков, расположенным за целью циклотрона RI Beam. Водород-7 имеет период полураспада652 ± 558 лет .

Цепи распада

Большинство тяжелых изотопов водорода распадаются непосредственно до 3 H, который затем распадается на стабильный изотоп 3 He . Однако иногда наблюдали , что 6 H распадается непосредственно до стабильного 2 H.

Время распада для всех этих изотопов выражается в йокто-секундах (10 -24 с), кроме 3 H, которая выражается в годах.

Смотрите также

Примечания

использованная литература

дальнейшее чтение