Isòtops de l'hidrogen

El Proti, és l'isòtop de l'hidrogen més comú, té un protó i un electró. És l'únic isòtop que no té neutrons.

L'hidrogen (H) (massa atòmica estàndard: 1.00794(7) u) té tres isòtops naturals, que s'escriuen ¹H, ²H, i ³H. Altres isòtops, molt inestables (de l'⁴H a l'⁷H), s'han sintetitzat en laboratori però mai han estat observats a la natura.^[1]^[2]

L'hidrogen és l'únic element que té diferents noms per als seus isòtops. En els principis dels estudis sobre la radioactivitat es van donar diferents noms que actualment no s'usen. Els símbols D i T (en comptes de ²H i ³H) s'usen algunes vegades per designar el deuteri i el triti. La IUPAC tot i admetre el seu ús, no el recomana.

Hidrogen 1 (proti)

L'¹H és l'isòtop més comú de l'hidrogen amb una abundància de més del 99,98%. Ja que el nucli consisteix en un sol protó, es coneix amb el nom de proti tot i que el seu ús no és molt estès.

Hidrogen 2 (deuteri)

L'²H, l'altre isòtop estable de l'hidrogen, és conegut com a deuteri i conté un protó i un neutró al seu nucli. El deuteri comprèn 0.0026 – 0.0184% (per fracció molar o fracció atòmica) de les mostres d'hidrogen de la Terra, el nombre menor se sol trobar en mostres d'hidrogen gasós i l'enriquiment més alt (0.015% o 150 ppm) és típic de l'aigua oceànica. El deuteri no és radioactiu, i no representa una toxicitat significant. L'aigua enriquida amb molècules que inclouen el deuteri en comptes d'hidrogen normal s'anomena aigua pesant. El deuteri i els seus compostos s'usen com a etiquetes no radioactives en experiments químics i en dissolvents d'espectroscòpia. L'aigua pesant s'usa coma moderador nuclear i refrigerant en reactors nuclears. El deuteri és també un combustible potencial per a la fusió nuclear comercial.

Hidrogen 3 (triti)

L'³H es coneix com a triti i consisteix en un protó i dos neutrons. És radioactiu, es desintegra en heli 3 per desintegració beta amb un període de semidesintegració de 12.32 anys.^[3] Naturalment es produeixen petites quantitats de triti degut a la interacció de raigs còsmics amb els gasos atmosfèrics; el triti també s'allibera en proves d'armes nuclears. S'usa en armes de fusió termonuclear, com a traçador en geoquímica d'isòtops, i en aparells especialitzats autoil·luminats. El triti s'havia usat en experiments d'etiquetatge biològic i químic com a ràdioetiqueta o traçador radioactiu (ara menys freqüent). La fusió nuclear D-T usa el triti com a principal reactant, junt amb el deuteri, alliberant energia a través de la pèrdua de massa quan els dos nuclis col·lideixen i es fusionen a temperatures massives.

Hidrogen 4

L'⁴H és un isòtop de l'hidrogen altament inestable. El nucli consisteix en un protó i tres neutrons. S'ha sintetitzat en laboratori bombardejant triti amb nuclis de deuteri amb moviment ràpid.^[4] En aquest experiment, el nucli de triti va capturar neutrons del nucli de deuteri amb moviment ràpid. La presència de l'hidrogen 4 es deduí detectant protons emesos. La seva massa atòmica és 4.0279121. Es desintegra a través d'emissió de neutrons i té un període de semidesintegració de 9.93696x10^-23 segons.

Hidrogen 5

L'⁵H és un isòtop de l'hidrogen altament inestable. El seu nucli consisteix en un protó i quatre neutrons. S'ha sintetitzat en laboratori bombardejant triti amb nuclis de triti en moviment ràpid.^[4]^[5] En aquest experiment, un nucli de triti va capturar dos neutrons de l'altre, convertint-se en un nucli amb un protó i quatre neutrons. El protó restant podia detectar-se, i així deduir l'existència d'hidrogen 5. Es desintegra a través d'emissió de neutrons i té un període de semidesintegració 8.01930x10^-23 segons.

Hidrogen 6

L'⁶H Es desintegra a través d'una triple emissió de neutrons i té un període de semidesintegració 3×10⁻²² segons.

Hidrogen 7

L'⁷H consisteix en un protó i sis neutrons. Un grup de científics francesos, russos i japonesos el van sintetitzar en laboratori per primera vegada el 2003 bombardejant hidrogen amb àtoms d'heli 8. L'heli 8 va donar els seus neutrons al nucli d'hidrogen. Els dos protons restants van ser detectats pel telescopi RIKEN, un objecte fet de diverses capes de sensors, posicionats darrere de l'objectiu del raig del ciclotró.^[6]

Àtoms exòtics semblants a l'hidrogen

Positroni (Ps o e+e-)

El positronium és un àtom exòtic fet per un positró (l'antipartícula carregada positivament de l'electró) i un electró. Es desintegra en 10^-7 segons (100 nanosegons) degut a l'aniquilació dels seus components.

Muoni (Mu o µ+e-)

Un muoni és un àtom exòtic fer d'un antimuó (l'antipartícula carregada positivament del muó) i un electró,^[7] té el símbol Mu o µ⁺e⁻. En els 2 µs de vida del muó, el muoni pot entrar en composts cal el (MuCl) o el (NaMu).^[8]

Taula de propietats dels isòtops de l'hidrogen
Símbol del núclid	Z	N	Massa (uma)	Semivida	MD	Producte de desintegració^{[n. 1]}	Espín nuclear	Composició isotòpica representativa (fracció molar)^{[n. 2]}	Rang de variació natural (fracció molar)
¹H	1	0	1,00782503207(10)	Estable (>6,6×10³³ a)			¹⁄₂⁺	0,999885(70)	0,999816-0,999974
²H	1	1	2,0141017778(4)	Estable			1⁺	0,000115(70)	0,000026-0,000184
³H	1	2	3,0160492777(25)	12,32(2) a	β^-	³He	¹⁄₂⁺	Traça^{[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	(¹⁄₂⁺)
⁶H	1	5	6,04494(28)	2,90(70)×10^-22 s [1,6(4) MeV]	3n	³H	2⁻#
⁶H	1	5	6,04494(28)	2,90(70)×10^-22 s [1,6(4) MeV]	4n	²H	2⁻#
⁷H	1	6	7,05275(108)#	2,3(6)×10^-23 s#	4n	³H	¹⁄₂⁺#

↑ En negreta si són isòtops estables.
↑ Es refereix a la composició en aigua.
↑ Cosmogènic.

Z: nombre de protons. N: nombre de neutrons. Els valors marcats amb # són valors esperats que no han pogut ser comprovats experimentalment. Els valors entre parèntesis són incerts.

Referències

Masses isotòpiques de Ame2003 Atomic Mass Evaluation Arxivat 2008-09-23 a Wayback Machine. by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
Composicions isotòpiques i masses atòmiques estàndard de Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) Arxivat 2008-03-05 a Wayback Machine..

↑ Gurov YB, Aleshkin DV, Berh MN, Lapushkin SV, Morokhov PV, Pechkurov VA, Poroshin NO, Sandukovsky VG, Tel'kushev MV, Chernyshev BA, Tschurenkova TD. (2004). Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei. Physics of Atomic Nuclei 68(3):491–497.
↑ Korsheninnikov AA. et al. (2003). Experimental Evidence for the Existence of 7H and for a Specific Structure of 8He. Phys Rev Lett 90, 082501.
↑ Miessler GL, Tarr DA. (2004). Inorganic Chemistry 3rd ed. Pearson Prentice Hall: Upper Saddle River, NJ, USA
↑ ^4,0 ^4,1 Ter-Akopian. «Hydrogen-4 and Hydrogen-5 from t+t and t+d transfer reactions studied with a 57.5-MeV triton beam». Arxivat de l'original el 2004-10-15. [Consulta: 26 octubre 2008].
↑ Korsheninnikov, A. A.; M. S. Golovkov, I. Tanihata, A. M. Rodin, A. S. Fomichev, S. I. Sidorchuk, S. V. Stepantsov, M. L. Chelnokov, V. A. Gorshkov, D. D. Bogdanov «Superheavy Hydrogen ⁵H». Physical Review Letters, 87, 9, 2001, pàg. 92501.
↑ Korsheninnikov, A. A.; E. Y. Nikolskii, E. A. Kuzmin, A. Ozawa, K. Morimoto, F. Tokanai, R. Kanungo, I. Tanihata, N. K. Timofeyuk, M. S. Golovkov «Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He». Physical Review Letters, 90, 8, 2003, pàg. 82501.
↑ Muoni compendi de nomenclatura química IUPAC«Enllaç».
↑ Noms per als àtoms de muoni i hidrogen i els seus ions iupac.org (PDF)

Enllaços externs

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Isòtops de l'hidrogen

Descobriment de l'hidrogen-7

Index de pàgines d'isòtops · Taula de núclids
Isòtop més lleuger	Isòtop actual	Isòtop més pesant
neutró lliure	Isòtops d'hidrogen	Isòtops d'heli

[9] En negreta si són isòtops estables.

[10] Es refereix a la composició en aigua.

[11] Cosmogènic.

[Gurov-1] Gurov YB, Aleshkin DV, Berh MN, Lapushkin SV, Morokhov PV, Pechkurov VA, Poroshin NO, Sandukovsky VG, Tel'kushev MV, Chernyshev BA, Tschurenkova TD. (2004). Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei. Physics of Atomic Nuclei 68(3):491–497.

[Korsheninnikov-2] Korsheninnikov AA. et al. (2003). Experimental Evidence for the Existence of 7H and for a Specific Structure of 8He. Phys Rev Lett 90, 082501.

[Miessler-3] Miessler GL, Tarr DA. (2004). Inorganic Chemistry 3rd ed. Pearson Prentice Hall: Upper Saddle River, NJ, USA

[Ter-Akopian-4] 4,0 ^4,1 Ter-Akopian. «Hydrogen-4 and Hydrogen-5 from t+t and t+d transfer reactions studied with a 57.5-MeV triton beam». Arxivat de l'original el 2004-10-15. [Consulta: 26 octubre 2008].

[5] Korsheninnikov, A. A.; M. S. Golovkov, I. Tanihata, A. M. Rodin, A. S. Fomichev, S. I. Sidorchuk, S. V. Stepantsov, M. L. Chelnokov, V. A. Gorshkov, D. D. Bogdanov «Superheavy Hydrogen ⁵H». Physical Review Letters, 87, 9, 2001, pàg. 92501.

[6] Korsheninnikov, A. A.; E. Y. Nikolskii, E. A. Kuzmin, A. Ozawa, K. Morimoto, F. Tokanai, R. Kanungo, I. Tanihata, N. K. Timofeyuk, M. S. Golovkov «Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He». Physical Review Letters, 90, 8, 2003, pàg. 82501.

[7] Muoni compendi de nomenclatura química IUPAC«Enllaç».

[iupac-8] Noms per als àtoms de muoni i hidrogen i els seus ions iupac.org (PDF)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[n. 1]

[n. 2]

[n. 3]

Índex de les pàgines dels isòtops dels elements
1 H																	2 He
3 Li	4 Be											5 B	6 C	7 N	8 O	9 F	10 Ne
11 Na	12 Mg											13 Al	14 Si	15 P	16 S	17 Cl	18 Ar
19 K	20 Ca	21 Sc	22 Ti	23 V	24 Cr	25 Mn	26 Fe	27 Co	28 Ni	29 Cu	30 Zn	31 Ga	32 Ge	33 As	34 Se	35 Br	36 Kr
37 Rb	38 Sr	39 Y	40 Zr	41 Nb	42 Mo	43 Tc	44 Ru	45 Rh	46 Pd	47 Ag	48 Cd	49 In	50 Sn	51 Sb	52 Te	53 I	54 Xe
55 Cs	56 Ba	*	72 Hf	73 Ta	74 W	75 Re	76 Os	77 Ir	78 Pt	79 Au	80 Hg	81 Tl	82 Pb	83 Bi	84 Po	85 At	86 Rn
87 Fr	88 Ra	**	104 Rf	105 Db	106 Sg	107 Bh	108 Hs	109 Mt	110 Ds	111 Rg	112 Cn	113 Nh	114 Fl	115 Mc	116 Lv	117 Ts	118 Og

	*	57 La	58 Ce	59 Pr	60 Nd	61 Pm	62 Sm	63 Eu	64 Gd	65 Tb	66 Dy	67 Ho	68 Er	69 Tm	70 Yb	71 Lu
	**	89 Ac	90 Th	91 Pa	92 U	93 Np	94 Pu	95 Am	96 Cm	97 Bk	98 Cf	99 Es	100 Fm	101 Md	102 No	103 Lr