WikiDer > Изотопы водорода

Isotopes of hydrogen
Основные изотопы водород (1ЧАС)
ИзотопРаспад
изобилиепериод полураспада (т1/2)Режимпродукт
1ЧАС99.99%стабильный
2ЧАС0.01%стабильный
3ЧАСслед12.32 годаβ−3Он
Стандартный атомный вес Аr, стандарт(ЧАС)
  • [1.00784, 1.00811][1]
  • Обычный: 1,008
Три самых стабильных изотопа водорода: протий (А = 1), дейтерий (А = 2), и тритий (А = 3).

Водород (1H) имеет три встречающихся в природе изотопы, иногда обозначается 1ЧАС, 2Рука 3H. Первые два из них стабильны, а 3H имеет период полураспада 12,32 года. Существуют также более тяжелые изотопы, которые полностью синтетические и имеют период полураспада менее одной зептосекунды (10−21 второй). Из этих, 5H - наиболее стабильный, а 7H - наименьшее.[2][3]

Водород - единственный элемент чьи изотопы имеют разные названия, широко используемые сегодня: 2Изотоп H (или водород-2) дейтерий[4] и 3Изотоп H (или водород-3) тритий.[5] Символы D и T иногда используются для обозначения дейтерия и трития. В ИЮПАК принимает символы D и T, но рекомендует вместо них использовать стандартные изотопные символы (2Рука 3H) чтобы избежать путаницы в алфавитной сортировке химические формулы.[6] Обычный изотоп водорода, без нейтроны, иногда называют протий.[7] (Во время ранних исследований радиоактивности были даны некоторые другие тяжелые радиоактивные изотопы. имена, но такие имена сегодня используются редко.)

Список изотопов

Нуклид[8]
ZNИзотопная масса (Да)[9]
[n 1]		Период полураспада

[ширина резонанса]		Распад
Режим
[n 2]		Дочь
изотоп
[n 3]		Вращение и
паритет
[n 4][n 5]		Природное изобилие (мольная доля)Заметка
Нормальная пропорцияДиапазон вариации
1ЧАС101.00782503224(9)Стабильный[n 6][n 7]1/2+0.999885(70)0.999816–0.999974Protium
2ЧАС (D)[n 8][n 9]112.01410177811(12)Стабильный1+0.000115(70)[n 10]0.000026–0.000184Дейтерий
3ЧАС (Т)[n 11]123.01604928199(23)12.32 (2) гβ−3
Он
1/2+След[n 12]Тритий
4
ЧАС
134.02643(11)1.39(10)×10−22 s
[3.28(23) МэВ]		п3
ЧАС
2−
5
ЧАС
145.03531(10)> 9.1×10−22 s
[<0,5 МэВ]		2n3
ЧАС
(1/2+)
6
ЧАС
156.04496(27)2.90(70)×10−22 s
[1,6 (4) МэВ]		3n3
ЧАС
2−#
4n2
ЧАС
7
ЧАС
167.05275(108)#2.3×10−23 s4n3
ЧАС
1/2+#
  1. ^ () - Неопределенность (1σ) дается в сжатой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
  2. ^ Режимы распада:
    n:Эмиссия нейтронов
  3. ^ Жирный символ как дочка - Дочерний продукт стабильный.
  4. ^ () значение вращения - указывает вращение со слабыми аргументами присваивания.
  5. ^ # - Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN).
  6. ^ Если только распад протона происходит.
  7. ^ Это и 3Он являются единственными стабильными нуклидами с большим количеством протонов, чем нейтронов.
  8. ^ Произведено во время Нуклеосинтез Большого взрыва.
  9. ^ Один из немногих стабильных нечетно-нечетные ядра
  10. ^ Резервуар с водородом имеет 2
    ЧАС
     изобилие всего лишь 3.2×10−5 (мольная доля).
  11. ^ Произведенные во время нуклеосинтеза Большого взрыва, но не в первозданном виде, поскольку все такие атомы с тех пор распались на 3Он.
  12. ^ Космогенный

Водород-1 (протий)

Protium, самый распространенный изотоп водорода, состоит из одного протона и одного электрона. Уникальный среди всех стабильных изотопов, он не имеет нейтронов. (увидеть дипротон для обсуждения того, почему других не существует)
Дальнейшая информация: атом водорода

1ЧАС (атомная масса 1.007825032241(94) Да) является наиболее распространенным изотопом водорода с содержанием более 99,98%. Поскольку ядро этого изотопа состоит только из одного протон, ему дается официальное имя протий.

Распад протона никогда не наблюдался, поэтому водород-1 считается стабильным изотопом. Немного теории великого объединения предложенные в 1970-х годах предсказывают, что распад протона может происходить с периодом полураспада 1028 и 1036 лет.[10] Если это предсказание окажется верным, то водород-1 (и действительно все ядра, которые сейчас считаются стабильными) только наблюдательно стабильный. На сегодняшний день эксперименты показали, что минимальный период полураспада протона превышает 1034 лет.

Водород-2 (дейтерий)

Дальнейшая информация: дейтерий
Атом дейтерия содержит один протон, один нейтрон и один электрон.

2ЧАС (атомная масса 2.01410177811(12) Да), другой стабильный изотоп водорода, известен как дейтерий и содержит в своем ядре один протон и один нейтрон. 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 обнаруживается 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, подвергшихся 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 тяжелая вода. Дейтерий и его соединения используются в качестве нерадиоактивной метки в химических экспериментах и ​​в растворителях для 1ЧАС-ЯМР-спектроскопия. Тяжелая вода используется как замедлитель нейтронов и теплоноситель для ядерных реакторов. Дейтерий также является потенциальным топливом для коммерческих термоядерная реакция.

Водород-3 (тритий)

Дальнейшая информация: тритий
Атом трития содержит один протон, два нейтрона и один электрон.

3ЧАС (атомная масса 3.01604928199(23) Да) известен как тритий и содержит в своем ядре один протон и два нейтрона. Он радиоактивен, распадается на гелий-3 через β− распад с период полураспада 12,32 года.[11] Незначительные количества трития возникают в природе из-за взаимодействия космических лучей с атмосферными газами. Тритий также был выделен во время испытания ядерного оружия. Он используется в оружии термоядерного синтеза, как индикатор в изотопная геохимия, и специализируется на автономное освещение устройств.

Наиболее распространенный метод производства трития - бомбардировка естественным изотопом лития, литий-6, с нейтронами в ядерного реактора.

Когда-то тритий обычно использовался в экспериментах по химической и биологической маркировке в качестве радиоактивная метка, который стал менее распространенным в последнее время. D-T термоядерная реакция использует тритий в качестве основного реагента, наряду с дейтерий, высвобождая энергию за счет потери массы, когда два ядра сталкиваются и сливаются при высоких температурах.

Водород-4

4ЧАС (атомная масса является 4.02643(11) Да) содержит в своем ядре один протон и три нейтрона. Это очень неустойчивый изотоп водорода. Он был синтезирован в лаборатории путем бомбардировки тритий с быстро движущимся дейтерий ядра.[12] В этом эксперименте ядро ​​трития захватило нейтрон из быстро движущегося ядра дейтерия. Присутствие водорода-4 было установлено путем регистрации испускаемых протонов. Он разлагается нейтронное излучение в водород-3 (тритий) с период полураспада около 139 ± 10 йоктосекунды (или (1.39±0.10)×10−22 секунд).[13]

В сатирическом романе 1955 г. Ревущая мышь, название квадиум был передан изотопу водорода-4, который питал Q-бомба что Герцогство Гранд Фенвик захвачен из США.

Водород-4.1

Водород-4.1 подобен гелий-4 имея 2 протоны и 2 нейтроны. Однако одна из его электроны заменяется на мюон. Поскольку орбиталь мюона очень близка к атомное ядро, этот мюон можно рассматривать как часть ядра. Атом в целом можно описать так: атомное ядро образован 1 мюоном, 2 протонами и 2 нейтронами, с одним электроном снаружи ", поэтому его можно рассматривать как один изотоп водорода, а экзотический атом тоже. Вес мюона составляет 0,1u, поэтому имя атома - Водород-4,1 (4.1ЧАС). Атом водорода-4.1 может реагировать с другими атомами. Он ведет себя как атом водорода, а не благородный атом гелия.[14]

Водород-5

5ЧАС является крайне нестабильным изотопом водорода. Ядро состоит из протона и четырех нейтронов. Он был синтезирован в лаборатории путем бомбардировки трития быстро движущимися ядрами трития.[12][15] 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 разлагается вдвое нейтронное излучение в водород-3 (тритий) и имеет период полураспада не менее 910 йоктосекунд (9,1 × 10−22 секунд).[13]

Водород-6

6ЧАС распадается либо на тройной нейтронное излучение в водород-3 (тритий) или учетверенное излучение нейтронов в водород-2 (дейтерий) и имеет период полураспада 290 йоктосекунд (2,9 × 10−22 секунд).[13]

Водород-7

7ЧАС состоит из протон и шесть нейтроны. Впервые он был синтезирован в 2003 году группой российских, японских и французских ученых в г. RIKENс Завод радиоактивных изотопов бомбардировкой водород с участием гелий-8 атомы. 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.[3] Водород-7 имеет период полураспада 23 йоктосекунды (2.3×10−23 s),[16] который является самым коротким периодом полураспада, известным для любого изотопа любого элемента (см. Список радиоактивных нуклидов по периодам полураспада)

Цепи распада

Большинство тяжелых изотопов водорода распадаются непосредственно на 3H, который затем распадается на стабильный изотоп 3Он. Однако, 6Иногда наблюдалось, что H распадается прямо на стабильную 2ЧАС.

Время распада в йоктосекунды для всех изотопов, кроме 3H, который выражается в годах.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Мейя, Юрис; и другие. (2016). «Атомный вес элементов 2013 (Технический отчет IUPAC)». Чистая и прикладная химия. 88 (3): 265–91. Дои:10.1515 / pac-2015-0305.
  2. ^ Ю. Б. Гуров; и другие. (2004). «Спектроскопия сверхтяжелых изотопов водорода при поглощении остановившихся пионов ядрами». Физика атомных ядер. 68 (3): 491–497. Bibcode:2005ПАН .... 68..491Г. Дои:10.1134/1.1891200. S2CID 122902571.
  3. ^ а б Коршенинников А.А.; и другие. (2003). "Экспериментальные доказательства существования 7H и для конкретной структуры 8Он". Письма с физическими проверками. 90 (8): 082501. Bibcode:2003ПхРвЛ..90х2501К. Дои:10.1103 / PhysRevLett.90.082501. PMID 12633420.
  4. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "дейтерий". Дои:10.1351 / goldbook.D01648
  5. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "тритий". Дои:10.1351 / goldbook.T06513
  6. ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (2005). Номенклатура неорганической химии (Рекомендации ИЮПАК 2005 г.). Кембридж (Великобритания): RSC–ИЮПАК. ISBN 0-85404-438-8. п. 48. Электронная версия.
  7. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "протий". Дои:10.1351 / goldbook.P04903
  8. ^ Период полураспада, мода распада, ядерный спин и изотопный состав происходят из:
    Audi, G .; Кондев, Ф. Г .; Wang, M .; Huang, W. J .; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF). Китайская физика C. 41 (3): 030001. Bibcode:2017ЧФК..41с0001А. Дои:10.1088/1674-1137/41/3/030001.
  9. ^ Wang, M .; Audi, G .; Кондев, Ф. Г .; Huang, W. J .; Naimi, S .; Сюй, X. (2017). «Оценка атомной массы AME2016 (II). Таблицы, графики и ссылки» (PDF). Китайская физика C. 41 (3): 030003-1–030003-442. Дои:10.1088/1674-1137/41/3/030003.
  10. ^ «Теории Великого Объединения и распад протона», Эд Кернс, Бостонский университет, 2009 г., стр. 15. http://physics.bu.edu/NEPPSR/TALKS-2009/Kearns_GUTs_ProtonDecay.pdf
  11. ^ Г. Л. Мисслер; Д. А. Тарр (2004). Неорганическая химия (3-е изд.). Пирсон Прентис Холл. ISBN 978-0-13-035471-6.
  12. ^ а б Г. М. Тер-Акопян; и другие. (2002). «Водород-4 и водород-5 из реакций передачи t + t и t + d изучены с помощью тритонного пучка с энергией 57,5 ​​МэВ». Материалы конференции AIP. 610: 920–924. Bibcode:2002AIPC..610..920T. Дои:10.1063/1.1470062.
  13. ^ а б c Ауди, Жорж; Вапстра, Алдерт Хендрик; Тибо, Катрин; Blachot, Жан; Берсильон, Оливье (2003). «Оценка ядерных и распадных свойств NUBASE» (PDF). Ядерная физика A. 729 (1): 3–128. Bibcode:2003НуФА.729 .... 3А. CiteSeerX 10.1.1.692.8504. Дои:10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-07-20.
  14. ^ Fleming, D.G .; Arseneau, D. J .; Сухоруков, О .; Brewer, J. H .; Mielke, S.L .; Schatz, G.C .; Garrett, B.C .; Петерсон, К. А .; Трухлар, Д. Г. (28 января 2011 г.). «Кинетические изотопные эффекты для реакций мюонного гелия и мюония с H2». Наука. 331 (6016): 448–450. Дои:10.1126 / science.1199421. PMID 21273484. S2CID 206530683.
  15. ^ Коршенинников А.А.; и другие. (2001). «Сверхтяжелый водород 5ЧАС". Письма с физическими проверками. 87 (9): 92501. Bibcode:2001ПхРвЛ..87и2501К. Дои:10.1103 / PhysRevLett.87.092501. PMID 11531562.
  16. ^ «Изотопные данные водорода-7 в Периодической таблице». periodictable.com. Получено 2020-02-07.

дальнейшее чтение