Budowa protu, deuteru i trytu (p –proton, n – neutron, e – elektron).

Izotopy wodoru – izotopy 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). Prot i deuter są stabilnymi izotopami, tryt i masywniejsze izotopy wodoru 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)

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)

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 protu to woda ciężka.

Wodór-3 (tryt)

3H znany również 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

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

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, a okres jego połowicznego rozpadu co najmniej 9,1×10−22 sekundy[6].

Wodór-6

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

Wodór-7

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 jądrowych izotopów wodoru[mini 1]
symbol
nuklidu		 Z (p) N (n) masa
izotopu (u)[3]		 czas półtrwania[6] tryb
rozpadu[9]		 izotopy
potomne[mini 2][9]		 spin jądrowy[6] typowy udział
izotopu w wodzie
(ułamek molowy)		 zakres naturalnego
zróżnicowania
(ułamek molowy)
1H 1 0 1,00782503207(10) stabilny[mini 3] 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[mini 4]
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 (½+)
6H 1 5 6,04494(28) 2,90(70)×10−22 s
[1,6(4) MeV]		 3n 3H 2−[mini 5]
4n 2H
7H 1 6 7,05275(108)[mini 5] 2,3(6)×10−23 s[mini 5]
[20(5) MeV][mini 5]		 ½+[mini 5]
Uwagi
  1. ↑ W nawiasach podano niepewność pomiaru.
  2. ↑ Izotopy stabilne pogrubione.
  3. ↑ >6,6×1033 lat. Zob. rozpad protonu.
  4. ↑ Z oddziaływania promieniowania kosmicznego.
  5. 1 2 3 4 5 Oparte przynajmniej częściowo na przewidywaniach.

Przypisy

  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. 1 2 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. 1 2 3 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 978-0-13-035471-6.
  5. 1 2 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. 1 2 3 4 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. Institute of Physics, 2003-03-07. [dostęp 2012-02-08]. [zarchiwizowane z tego adresu (2010-01-16)]. (ang.).
  9. 1 2 Universal Nuclide Chart. Nucleonica.

Bibliografia

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.