hidrojen izotopları - Isotopes of hydrogen

Hidrojenin  ana izotopları ( 1 H)
İzotop Çürümek
bolluk yarı ömür ( t 1/2 ) mod ürün
1 saat [0,999 720.999 99 ] kararlı
2 saat [0.000 010.000 28 ] kararlı
3 saat iz 12.32(2) yıl β - 3 O
Standart atom ağırlığı A r, standart (H) [1.007 841.008 11 ] geleneksel: 1.008
Hidrojenin en kararlı üç izotopu: protium ( A = 1), döteryum ( A = 2) ve trityum ( A = 3).

Hidrojen ( 1 H) , bazen 1 H, 2 H ve 3 H olarak gösterilen doğal olarak oluşan üç izotopa sahiptir . 1 H ve 2 H stabildir, 3 H ise 12.32 ± 0.02 yıllık yarı ömre sahiptir. Hepsi sentetik olan ve bir zeptosaniyeden (10 −21 s) daha az yarı ömre sahip daha ağır izotoplar da mevcuttur . Bunlardan 7 H en kararlı ve 5 H en az olanıdır .

Hidrojen sadece eleman olan izotoplar yaygın olarak kullanılan bugün hala farklı isimler: 2 , H (veya hidrojen 2) izotopudur döteryum ve 3 H (ya da hidrojen-3) izotopudur trityum . D ve T sembolleri bazen döteryum ve trityum için kullanılır. IUPAC D ve T, sembolleri kabul eder, ancak standart izotopik sembolleri (kullanılmasını önerir 2 H olduğu ve 3 alfabetik sıralama yerine önlemek karışıklığa H) kimyasal formül . Nötron içermeyen izotop 1 H'ye bazen protium denir . (Radyo aktivite çalışmaları sırasında, diğer bazı ağır radyoaktif izotoplar verildi isimler , ancak bu tür isimler nadiren günümüzde kullanılmaktadır.)

izotopların listesi

nüklid
Z n İzotopik kütle ( Da )
Yarım hayat
çürüme
modu

kızı
izotop

Spin ve
parite
Doğal bolluk (mol kesri) Not
Normal oran Varyasyon aralığı
1 saat 1 0 1.007 825 031 898 ± 0.000 000 000 014 Kararlı 1/2+ [0,999 72 ,0.999 99 ] protiyum
2 H (D) 1 1 2.014 101 777 844 ± 0.000 000 000 015 Kararlı 1+ [0.000 01 ,0.000 28 ] Döteryum
3 H (T) 1 2 3.016 049 281 320 ± 0.000 000 000 081 12,32 ± 0,02 yıl β - 3
o
1/2+ İz trityum
4
H
1 3 4.026 431 867 ± 0.000 107 354 139 ± 10 yıl n 3
H
2–
5
H
1 4 5.035 311 492 ± 0.000 096 020 86 ± 6 yıl 2n 3
H
(1/2+)
6
H
1 5 6.044 955 437 ± 0.000 272 816 294 ± 67 yıl 3n 3
H
2−#
4n 2
H
7
H
1 6 7.052 749 ± 0.001 078 # 652 ± 558 yıl 4n 3
H
1/2+#
Bu tablo üstbilgisi ve altbilgisi:
  1. ^ ( ) – Belirsizlik (1 σ ), karşılık gelen son rakamlardan sonra parantez içinde kısa ve öz olarak verilmiştir.
  2. ^ Bozunma modları:
    n: nötron emisyonu
  3. ^ Kızı olarak kalın sembol – Ek ürün kararlıdır.
  4. ^ ( ) dönüş değeri – Zayıf atama bağımsız değişkenleriyle dönüşü gösterir.
  5. ^ # – # ile işaretlenen değerler tamamen deneysel verilerden değil, en azından kısmen komşu nüklidlerin (TNN) eğilimlerinden türetilmiştir.
  6. ^ Proton bozunması olmadıkça.
  7. ^ Bu ve 3 O , nötronlardan daha fazla protona sahip tek kararlı nüklidlerdir.
  8. ^ Big Bang nükleosentezinde üretilir.
  9. ^ Birkaç kararlı tek-tek çekirdekten biri
  10. ^ Bu tür bütün atomları için buna çürümüş gibi, büyük Patlama nükleosentezi ortaya çıkan, fakat ilkel değildir 3 He .
  11. ^ Kozmojenik

Hidrojen-1 (Protium)

Hidrojenin en yaygın izotopu olan Protium, bir proton ve bir elektrondan oluşur. Tüm kararlı izotoplar arasında benzersizdir, nötronu yoktur. ( diğerlerinin neden var olmadığına dair bir tartışma için diproton'a bakın )

1 H (atomik kütle1.007 825 031 898 ± 0.000 000 000 014  Da ), bolluğu %99.98'den fazla olan en yaygın hidrojen izotopudur. Çünkü çekirdek bu izotopun sadece tek oluşur proton , bu formel adı verilir protiyum .

Protonun bozunduğu hiçbir zaman gözlemlenmemiştir ve hidrojen-1 bu nedenle kararlı bir izotop olarak kabul edilir. 1970'lerde önerilen bazı büyük birleşik teoriler , proton bozunmasının 10 28 ila 10 36 yıl arasında bir yarı ömürle gerçekleşebileceğini tahmin ediyor . Bu tahminin doğru olduğu bulunursa, hidrojen-1 (ve aslında şimdi kararlı olduğuna inanılan tüm çekirdekler) yalnızca gözlemsel olarak kararlıdır . Bugüne kadar yapılan deneyler, minimum proton yarı ömrünün 10 34 yıldan fazla olduğunu göstermiştir.

Hidrojen-2 (Döteryum)

Bir döteryum atomu bir proton, bir nötron ve bir elektron içerir.

2 H (atomik kütle2.014 101 777 844 ± 0.000 000 000 015  Da ), diğer kararlı hidrojen izotopu, döteryum olarak bilinir ve çekirdeğinde bir proton ve bir nötron içerir. Döteryum çekirdeğine döteron denir. Döteryum, Dünya'daki hidrojen numunelerinin %0.0026–0.0184'ünü (kütleye göre değil, popülasyona göre) içerir, daha düşük sayı hidrojen gazı numunelerinde bulunma eğiliminde ve okyanus suyuna özgü daha yüksek zenginleştirme (%0.015 veya 150 ppm) ile. Dünya üzerindeki döteryum, Büyük Patlama ve dış güneş sistemindeki ilk konsantrasyonuna (atom fraksiyonu ile yaklaşık 27 ppm) ve Samanyolu galaksisinin daha eski kısımlarındaki konsantrasyonuna (yaklaşık 23 ppm) göre zenginleştirilmiştir. Muhtemelen, iç güneş sistemindeki farklı döteryum konsantrasyonu, milyarlarca yıllık güneş sistemi evrimi boyunca Güneş'ten önemli ısıya maruz kalan kuyruklu yıldızlar ve gezegenlerdeki döteryum fraksiyonlarını zenginleştiren döteryum gazı ve bileşiklerinin daha düşük uçuculuğundan kaynaklanmaktadır.

Döteryum radyoaktif değildir ve önemli bir toksisite tehlikesi oluşturmaz. Protium yerine döteryum içeren moleküllerle zenginleştirilmiş suya ağır su denir . Döteryum ve bileşikleri kimyasal deneylerde radyoaktif olmayan bir etiket olarak ve için çözücü olarak kullanılan 1 H- NMR spektroskopisi . Ağır su, nükleer reaktörler için bir nötron moderatörü ve soğutucu olarak kullanılır . Döteryum ayrıca ticari nükleer füzyon için potansiyel bir yakıttır .

Hidrojen-3 (Trityum)

Bir trityum atomu bir proton, iki nötron ve bir elektron içerir.

3 H (atomik kütle3.016 049 281 320 ± 0.000 000 000 081  Da ) trityum olarak bilinir ve çekirdeğinde bir proton ve iki nötron içerir. Radyoaktiftir, yarılanma ömrü ile β− bozunması yoluyla helyum-3'e bozunur .12.32 ± 0.02 yıl . Kozmik ışınların atmosferik gazlarla etkileşimi nedeniyle eser miktarda trityum doğal olarak oluşur. Trityum, nükleer silah testleri sırasında da serbest bırakıldı . Termonükleer füzyon silahlarında, izotop jeokimyasında izleyici olarak kullanılır ve kendi kendine çalışan aydınlatma cihazlarında uzmanlaşmıştır .

Trityum üretmenin en yaygın yöntemi, bir nükleer reaktörde doğal bir lityum izotopu olan lityum-6'yı nötronlarla bombalamaktır .

Trityum bir zamanlar kimyasal ve biyolojik etiketleme deneylerinde radyo- etiket olarak rutin olarak kullanıldı . Bu daha az yaygın hale geldi, ancak yine de oluyor. DT nükleer füzyonu , ana reaktanı olarak trityumu kullanır, döteryum ile birlikte , iki çekirdek çarpıştığında ve yüksek sıcaklıklarda kaynaştığında kütle kaybı yoluyla enerjiyi serbest bırakır.

hidrojen-4

4 H ( atom kütlesi 4.026 431 867 ± 0.000 107 354 ) çekirdeğinde bir proton ve üç nötron içerir. Oldukça kararsız bir hidrojen izotopudur. Hızlı hareket eden döteryum çekirdekleri ile trityum bombardıman edilerek laboratuvarda sentezlenmiştir . Bu deneyde, trityum çekirdeği, hızlı hareket eden döteryum çekirdeğinden bir nötron yakaladı. Hidrojen-4'ün varlığı, yayılan protonların saptanmasıyla belirlendi. Nötron emisyonu yoluyla yarı ömrü olan hidrojen-3'e (trityum) bozunur .139 ± 10 yıl (veya(1.39 ± 0.10) × 10 −22  s ).

1955 satirik roman olarak Fare O kükredi , isim quadium powered o hidrojen-4 izotopunun verildi Q-bomba olduğu Büyük Fenwick Dükalığı ABD'den yakalanan.

hidrojen-5

5 H ( atom kütlesi 5.035 311 492 ± 0.000 096 020 ), hidrojenin oldukça kararsız bir izotopudur. Çekirdek bir proton ve dört nötrondan oluşur. Hızlı hareket eden trityum çekirdekleri ile trityum bombardıman edilerek laboratuvarda sentezlenmiştir. Bu deneyde, bir trityum çekirdeği diğerinden iki nötron yakalayarak bir proton ve dört nötronlu bir çekirdek haline gelir. Kalan proton tespit edilebilir ve hidrojen-5'in varlığı çıkarılabilir. Çift nötron emisyonu yoluyla hidrojen-3'e (trityum) bozunur ve yarılanma ömrüne sahiptir .86 ± 6 yıl ((8,6 ± 0,6) × 10 −23  sn ).

hidrojen-6

6 H ( atom kütlesi 6,044 955 437 ± 0.000 272 816 ) üç yoluyla ya bozunur nötron emisyon hidrojen-2 (döteryum içine hidrojen-3 (trityum) ya da dört nötron emisyonu) dahil edilmesi ve sahip bir yarı ömür ve294 ± 67 yıl ((2.94 ± 0.67) × 10 −22  s ).

hidrojen-7

7 H ( atom kütlesi 7.052 749 ± 0.001 078 ) bir proton ve altı nötrondan oluşur . İlk başta Rusça, Japonca ve Fransızca bir grup bilim adamı tarafından 2003 yılında sentezlendi RIKEN 'ın Radyoaktif İzotop Işın Fabrikası bombardıman ederek hidrojeni ile helyum-8 atom. Ortaya çıkan reaksiyonda, helyum-8 nötronlarının altısı da hidrojenin çekirdeğine bağışlandı. Kalan iki proton, RI Beam siklotron hedefinin arkasına yerleştirilmiş birkaç sensör katmanından oluşan bir cihaz olan "RIKEN teleskopu" tarafından tespit edildi. Hidrojen-7'nin yarı ömrü vardır652 ± 558 yıl .

çürüme zincirleri

Ağır hidrojen izotoplarının çoğunluğu doğrudan çürüme 3 daha sonra stabil izotop bozunur H, 3 O . Bununla birlikte, 6 H bazen stabil doğrudan çürüme gözlenmiştir 2 H.

Bozunma kez olan yoctoseconds (10 -24 hariç bütün bu izotopları için ler) 3 yıl içerisinde ifade edilir, H,.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

daha fazla okuma