Izotopy wodoru

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Budowa protu, deuteru i trytu (p –proton, n – neutron, e – elektron).

Izotopy wodoruizotopy pierwiastka chemicznego wodoru (symbol H), z których trzy występują na Ziemi naturalnie. Ze względu na duże względne różnice w masach atomowych najlżejszych izotopów, różnią się one wyraźnie właściwościami chemicznymi i fizycznymi. Z tej przyczyny wodór jest jedynym pierwiastkiem, którego izotopy (naturalne) mają swoje własne nazwy: prot (1H), deuter (2H) i tryt (3H). Dwa najlżejsze izotopy są stabilne, pozostałe są radioaktywne.

Wodór występuje naturalnie na Ziemi jako mieszanina trzech izotopów: 1H (>99,98%), 2H (ok. 0,015%), i 3H (ślady). Średnia masa atomowa tej mieszaniny wynosi 1,00794 u. Pozostałe izotopy wodoru, (4H–7H) zostały wytworzone sztucznie[1][2].

Wodór-1 (prot)[edytuj | edytuj kod]

1H stanowi ponad 99,98% wszystkich atomów wodoru. Jego jądro zawiera jedynie proton, a masa atomowa wynosi 1,00782503207(10) u[3]. Opisywane właściwości chemiczne wodoru i jego związków w praktyce odnoszą się zazwyczaj do tego izotopu. Nazwa prot jest obecnie rzadko używana.

Wodór-2 (deuter)[edytuj | edytuj kod]

2H jest drugim stabilnym izotopem wodoru; zawiera proton i neutron w jądrze. Stanowi 0,0026–0,0184% wodoru występującego na Ziemi. Deuter nie jest radioaktywny ani toksyczny. Woda zawierająca atomy deuteru zamiast zwykłego wodoru to woda ciężka.

Wodór-3 (tryt)[edytuj | edytuj kod]

3H znany jako tryt zawiera w jądrze proton i dwa neutrony. Jest radioaktywny, rozpada się w hel-3 poprzez rozpad beta minus z okresem połowicznego rozpadu 12,32 lat[4]. Niewielkie ilości trytu występują na Ziemi z powodu oddziaływania promieniowania kosmicznego z gazami atmosferycznymi; tryt jest także produktem reakcji nuklearnych.

Wodór-4[edytuj | edytuj kod]

4H jest wysoko niestabilnym izotopem wodoru. Jądro składa się z protonu i trzech neutronów. Został sztucznie wytworzony w laboratorium w wyniku bombardowania trytu rozpędzonymi do dużej prędkości jądrami deuteru[5]. Obecność wodoru-4 została stwierdzona przez wykrycie emitowanych protonów. Jego masa atomowa wynosi 4,02781±0,00011 u[3]. Ulega rozpadowi poprzez emisję neutronu i ma okres połowicznego rozpadu (1,39±0,10)×10−22 sekundy[6].

Wodór-5[edytuj | edytuj kod]

5H jest kolejnym wysoko niestabilnym izotopem wodoru. Jądro składa się z protonu i czterech neutronów. Został uzyskany razem z wodorem-4 podczas bombardowania trytu rozpędzonymi jądrami trytu[5][7]. Ulega rozpadowi poprzez podwójną emisję neutronu i ma okres połowicznego rozpadu co najmniej 9,1×10−22 sekundy[6].

Wodór-6[edytuj | edytuj kod]

6H ulega potrójnej emisji neutronów, okres połowicznego rozpadu 3×10−22 sekundy. Składa się z protonu i pięciu neutronów.

Wodór-7[edytuj | edytuj kod]

7H składa się z protonu i sześciu neutronów. Został otrzymany po raz pierwszy w 2003 roku przez grupę rosyjskich, japońskich i francuskich fizyków w wyniku bombardowania tarczy z zestalonego wodoru wysokoenergetycznymi atomami 8He[2][8].


Zestawienie podstawowych właściwości izotopów wodoru
symbol
nuklidu
Z (p) N (n) masa
izotopu (u)[3]
czas półtrwania[6] tryb
rozpadu[9]
izotopy
potomne[9][n 1]
spin jądrowy[6] typowy udział
izotopu w wodzie
(ułamek molowy)
zakres naturalnego
zróżnicowania
(ułamek molowy)
1H 1 0 1,00782503207(10) stabilny[n 2] ½+ 0,999885(70) 0,999816–0,999974
2H 1 1 2,01410177785(36) stabilny 1+ 0,000115(70) 0,000026–0,000184
3H 1 2 3,0160492777(25) 12,32(2) a β- 3He ½+ ślady[n 3]
4H 1 3 4,02781(11) 1,39(10)×10-22 s
[4,6(9) MeV]
n 3H 2
5H 1 4 5,03531(11) >9,1×10-22 s (?) n 4H +)
6H 1 5 6,04494(28) 2,90(70)×10-22 s
[1,6(4) MeV]
3n 3H 2[n 4]
4n 2H
7H 1 6 7,05275(108)[n 4] 2,3(6)×10-23 s[n 4]
[20(5) MeV][n 4]
½+[n 4]
  1. Izotopy stabilne pogrubione.
  2. >6,6×1033 lat. Zob. rozpad protonu.
  3. Z oddziaływania promieniowania kosmicznego.
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 Oparte przynajmniej częściowo na przewidywaniach.
Uwaga

W nawiasach podano niepewność pomiaru.

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. Y. B. Gurov, D. V. Aleshkin, M. N. Berh, S. V. Lapushkin i inni. Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei. „Physics of Atomic Nuclei”. 68 (3), s. 491–497, 2004. 
  2. 2,0 2,1 A. A. Korsheninnikov, E. Yu. Nikolskii, E. A. Kuzmin, A. Ozawa i inni. Experimental Evidence for the Existence of 7H and for a Specific Structure of 8He. „Physical Review Letters”. 90, s. 082501, 2003. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501. 
  3. 3,0 3,1 3,2 The 2003 Atomic Mass Evaluation. Atomic Mass Data Center. [dostęp 2008-11-15].
  4. Gary L. Miessler, Donald Arthur Tarr: Inorganic Chemistry. Wyd. 3. Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Education, 2004. ISBN 9780130354716.
  5. 5,0 5,1 G. M. Ter-Akopian, Yu. Ts. Oganessian, D. D. Bogdanov, A. S. Fomichev i inni. Hydrogen-4 and Hydrogen-5 from t+t and t+d transfer reactions studied with a 57.5-MeV triton beam. „AIP Conference Proceedings”. 610, s. 920–924, 2002. doi:10.1063/1.1470062. 
  6. 6,0 6,1 6,2 6,3 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. „Nuclear Physics A”. 729, s. 3–128, 2003. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  7. A. A. Korsheninnikov, M. S. Golovkov, I. Tanihata, A. M. Rodin i inni. Superheavy Hydrogen 5H. „Physical Review Letters”, s. 92501, 2001. doi:10.1103/PhysRevLett.87.092501. 
  8. Belle Dumé: Hydrogen-7 makes its debut (ang.). http://physicsworld.com (Institute of Physics), 2003-03-07. [dostęp 2012-02-08].
  9. 9,0 9,1 Universal Nuclide Chart. Nucleonica.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

Commons in image icon.svg