Изотопы водорода

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
Посмотреть разговаривать редактировать

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.)

• 1 Список изотопов
• 2 Водород-1 (Протий)
• 3 Водород-2 (дейтерий)
• 4 Водород-3 (Тритий)
• 5 Водород-4
• 6 Водород-5
• 7 Водород-6
• 8 Водород-7
• 9 Цепи распада
• 10 См. Также
• 11 Примечания
• 12 Ссылки
• 13 Дальнейшее чтение

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: Посмотреть

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

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.

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.

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.

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.

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).

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).

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.

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.

${\ displaystyle {\ begin {array} {rcl} \\ {\ ce {^ {3} _ {1} H}} amp; {\ ce {-gt; [12.32 \ {\ ce {y}}]}} и {\ ce {{^ {3} _ {2} He} + e ^ {-}}} \\ {\ ce {^ {4} _ {1} H}} amp; {\ ce {-gt; [139 \ {\ ce {ys}}]}} amp; {\ ce {{^ {3} _ {1} H} + {^ {1} _ {0} n}}} \\ {\ ce {^ {5} _ {1} H}} amp; {\ ce {-gt; [86 \ {\ ce {ys}}]}} amp; {\ ce {{^ {3} _ {1} H} + {2_ {0} ^ {1} n}}} \\ {\ ce {^ {6} _ {1} H}} amp; {\ ce {-gt; [294 \ {\ ce {ys}}]}} и {\ ce {{ ^ {3} _ {1} H} + {3_ {0} ^ {1} n}}} \\ {\ ce {^ {6} _ {1} H}} amp; {\ ce {-gt; [294 \ {\ ce {ys}}]}} amp; {\ ce {{^ {2} _ {1} H} + {4_ {0} ^ {1} n}}} \\ {\ ce {^ {7 } _ {1} H}} amp; {\ ce {-gt; [652 \ {\ ce {ys}}]}} amp; {\ ce {{^ {3} _ {1} H} + {4_ {0} ^ {1} n}}} \\ {} \ end {массив}}}$

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

• Биогеохимия изотопов водорода
• Водород-4.1 (мюонный гелий)
• Мюоний - действует как экзотический легкий изотоп водорода.
• СМИ, связанные с изотопами водорода на Викискладе?

• Дюме, Б. (7 марта 2003 г.). «Водород-7 дебютирует». Мир физики.