Izotopi de hidrogen

Hidrogen la simbolul H și masa atomică standard de 1.00782504 (7) u , are trei izotopi naturale, notat 1 H, 2 H și 3 H. Altele (din 4 H 7 H), în special instabil, au fost sintetizate în laborator , dar niciodată observată în natură.

Hidrogenul este singurul element cu denumiri și simboluri diferite pentru diferiții izotopi ai săi, încă în uz astăzi. Izotopul 2 H (sau H-2) este astfel numit „  deuteriu  ” (simbolul D), iar izotopul 3 H (sau H-3) „  tritiu  ” (simbolul T). IUPAC , recunoscând în același timp utilizarea sa, cu toate acestea nu - l recomanda. Cel mai comun izotop al hidrogenului, fără neutron , este uneori numit „  protiu  ” . În timpul primelor studii de radioactivitate, numele au fost date și izotopilor grei ai hidrogenului, dar aceste nume nu mai sunt utilizate.

Muonium

Muoniul, Mu , este alcătuit dintr-un electron și un antimuon . Muonium are proprietăți chimice care se apropie de un atom de hidrogen și pot fi considerate ca cel mai usor izotop al hidrogenului, notat 0,11 H .

Hidrogen 1 (protiu)

1 H este cel mai comun izotop al hidrogenului, cu o abundență de 99,98%. Deoarece nucleul săueste alcătuit dintr-un singur proton , este uneori, dar destul de rar, numit „protiu”. Pe de altă parte, ionul H + obținut prin pierderea electronului unic de 1 H și, prin urmare, constituit formal doar dintr-un proton, este numit foarte frecvent „proton” și își dă numele reacțiilor ( protonație / deprotonare ) sau caracteristici ( solvent protic ) care implică un ion H + .

Hidrogen 2 (deuteriu)

2 H , celălalt izotop stabil al hidrogenului, cunoscut sub numele de Deuteriu are un nucleu format dintr-un proton și un neutron . Atomic Abundența de pe Pământ de deuteriu este cuprins între 0,0026 și 0,0184%, cel mai mic număr corespunzător numărului găsit în hidrogen gaz, cea mai mare întrun mediu îmbogățit (0,015% sau 150 ppm)cum ar fi apamare. Deuteriul nu este radioactiv și nu reprezintă un pericol semnificativ din punct de vedere al toxicității. Apa îmbogățită cu molecule care conțin deuteriu în locul atomilor de hidrogen „normali” se numește apă grea . Deuteriul și compușii săi sunt folosiți ca etichete neradioactive în experimentele chimice și ca solvenți pentru spectroscopia RMN de protoni. Apa grea este utilizată ca moderator de neutroni și agent de răcire în reactoarele nucleare. Deuteriul este, de asemenea, un posibil combustibil în fuziunea nucleară .

Hidrogen 3 (tritiu)

3 H - cunoscut sub numele de tritiu are un nucleu format dintr-un proton și doi neutroni. Este un element radioactiv care se descompune în heliu 3 prin decadere β - cu un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici de tritiu sunt prezente în mod natural datorită interacțiunii dintre razele cosmice și gazele atmosferice. Tritiul a fost eliberat și în timpul testelor cu arme nucleare . Tritiul este utilizat în armele termonucleare , ca trasor în geologia izotopică și în unele dispozitive de iluminat auto-alimentate .

Cea mai comună metodă de producere a tritiului este bombardarea unui izotop natural de litiu , litiu 6 , cu neutroni într-un reactor nuclear .

Tritiul a fost odată utilizat pe scară largă ca marker în chimie și biologie (dar utilizarea sa a devenit mai puțin frecventă). Fuziune nucleară tritiu DT utilizat ca reactiv primar cu deuteriu , eliberând energie prin pierderea de masă , atunci când cele două nuclee de fuzioneaza la temperaturi foarte ridicate.

Hidrogen 4 (quadrium)

4 H numit uneori cvadru are un nucleu format dintr-un proton și trei neutroni. Este un izotop extrem de instabil al hidrogenului care a fost sintetizat în laborator prin bombardarea tritiului cu nuclee rapide de deuteriu . În acest experiment, nucleul de tritiu captează un neutron din nucleul rapid de deuteriu. Prezența hidrogenului 4 a fost dedusă prin detectarea emisiilor de protoni. Masa sa atomică este de 4,02781 ± 0,00011. Se descompune prin emisie de neutroni cu un timp de înjumătățire de (1,39 ± 0,10) × 10 −22 secunde.

Hidrogen 4.1 (heliu muonic)

Heliul muonic ( 4,1 H ) a fost creat prin înlocuirea unui electron din heliu 4 cu un muon , muonul orbitând mai aproape de nucleu decât electronul. Heliul muonic poate fi astfel văzut ca un izotop de hidrogen al cărui nucleu este format din doi neutroni, doi protoni și un muon, cu un singur electron care orbitează în jurul nucleului. Hidrogenul 4.1 se poate lega cu alți atomi și, prin urmare, acționează mai mult ca un atom de hidrogen decât un atom de heliu inert.

Hidrogenul 5

5 H este un izotop extrem de instabil al hidrogenului. Nucleul său este alcătuit dintr-un proton și patru neutroni. A fost sintetizat în laborator prin bombardarea tritiului cu nuclee rapide de tritiu. În acest experiment, un nucleu de tritiu captează doi neutroni dintr-un alt nucleu și, prin urmare, devine un nucleu cu patru neutroni. Protonul rămas poate fi detectat, demonstrând prin deducție existența hidrogenului 5. Se descompune prin emisie dublă de neutroni și timpul său de înjumătățire este de cel puțin 9,1 × 10 −22 secunde.

Hidrogenul 6

6 H este un izotop extrem de instabil al hidrogenului. Nucleul său este alcătuit dintr-un proton și cinci neutroni. Se descompune prin triplă emisie de neutroni și timpul său de înjumătățire este de 2,90 × 10 −22 secunde

Hidrogenul 7

7 H este izotopul cunoscut cu cel mai mare raport de numere de neutroni și protoni ( N / Z = 6). Este, de asemenea, nucleul cu cel mai mic timp de înjumătățire cunoscut, (2,3 ± 0,6) × 10 −27  s . Se descompune în 3 H tritiu și patru neutroni.

A fost sintetizată pentru prima dată în 2003 de un grup de oameni de știință ruși, japonezi și francezi de la RIKEN , prin bombardarea hidrogenului cu 8 atomi de heliu . Prin această reacție, cei șase neutroni ai heliului 8 sunt dați nucleului de hidrogen. Acestea sunt cei doi protoni rămași care au fost detectați de „telescopul RIKEN”, un dispozitiv format din mai multe straturi de senzori poziționați între țintă și raza RI a ciclotronului.

Realitatea existenței, deși extrem de trecătoare, a hidrogenului 7 a fost confirmată în 2007 prin observarea unei rezonanțe nucleare. Acest experiment a fost efectuat la GANIL , Franța, prin bombardarea unei ținte de carbon 12 prin carbonul 13 , producând astfel un fascicul de atomi de heliu 8 , dintre care unii au reacționat cu carbonul 12 al gazului ambiental ( butanul C 4 H 10) conform reacției 8
2El + 12
 6C → 7
1H + 13
 7NU.

Simbol Z NU Masa atomică
( u ) 		Jumătate de viață Moduri de decădere Izotop (i) -fiu Rotație nucleară Compoziție izotopică reprezentativă
( fracție molară ) 		Gama de variație naturală
( fracția molară )
0,11 H 0 0 0,113
1 oră 1 0 1.00782503207 (10) Grajd 1 ⁄ 2 + 0,999885 (70) 0,999816–0,999974
2 ore 1 1 2.0141017778 (4) Grajd 1 + 0,000115 (70) 0,000026–0,000184
3 ore 1 2 3.0160492777 (25) 12,32 (2)  ani β - 3 El 1 ⁄ 2 + Urmă
4 ore 1 3 4.02781 (11) 1,39 (10) × 10 -22  s
[ 4,6 (9)  MeV ] 		nu 3 ore 2 -
4.1 H 2 2 4.116
5 ore 1 4 5.03531 (11) > 9,1 × 10 -22  s  ? nu 4 ore ( 1 ⁄ 2 + )
6 ore 1 5 6.04494 (28) 2,90 (70) × 10 -22  s
[ 1,6 (4)  MeV ] 		3n 3 ore 2 - #
4n 2 ore
7 a.m. 1 6 7.05275 (108) # 2,3 (6) × 10 -27  s #
[ 20 (5)  MeV ] # 		4n 3 ore 1/2 + #
  1. Izotopi stabili în grăsime.
  2. Mai mare de 6,6 × 10 33 de ani. Vezi dezintegrarea protonilor .
  3. 1 H și 3 He sunt singurii izotopi stabili cu mai mulți protoni decât neutroni.
  4. Produs în timpul nucleosintezei primordiale .
  5. Sticla de hidrogen abundentă în 2 Cel mai mic H decât 3,2 × 10 -5 (fracție molară).
  6. Produs în timpul nucleosintezei primordiale , dar mai primordial, deoarece toți atomii astfel produși au fost descompuși în 3 He.
  7. Izotop cosmogen .

Observații

Note și referințe

  1. (ro) YB Gurov și colab. , „  Spectroscopia izotopilor de hidrogen supraîncărcați în absorbția pionului oprit de către nuclei  ” , Fizica nucleelor ​​atomice , vol.  68, nr .  3,2004, p.  491–497 ( DOI  10.1134 / 1.1891200 , Bibcode  2005PAN .... 68..491G )
  2. (en) AA Korsheninnikov și colab. , „  Dovezi experimentale pentru existența lui 7 H și pentru o structură specifică de 8 He  ” , Physical Review Letters , vol.  90, n o  8,2003, p.  082501 ( DOI  10.1103 / PhysRevLett.90.082501 , Bibcode  2003PhRvL..90h2501K )
  3. D. G. Fleming , DJ Arseneau , O. Sukhorukov , JH Brewer , SL Mielke , GC Schatz , BC Garrett , KA Peterson și DG Truhlar , "  Efecte izotopice cinetice pentru reacțiile heliului muonic și a muoniului cu H2  " , Știință , vol.  331, nr .  6016, 28 ianuarie 2011, p.  448–450 ( PMID  21273484 , DOI  10.1126 / science.1199421 , Bibcode  2011Sci ... 331..448F , citiți online )
  4. (în) David C. Walker, „  Muonium. Un izotop ușor al hidrogenului  ” , The Journal of Physical Chemistry , vol.  85, nr .  26,nouăsprezece optzeci și unu, p.  3960-3971 ( DOI  10.1021 / j150626a003 )
  5. GL Miessler și DA Tarr, chimie anorganică , Pearson Prentice Hall, 2004, 3 e  ed.
  6. (en) GM Ter-Akopian și colab. , „  AIP Conference Proceedings  ” , AIP Conference Proceedings , vol.  610, 2002, p.  920 ( DOI  10.1063 / 1.1470062 )
  7. (în) „  Evaluarea masei atomice din 2003  ” [ arhivă 16 septembrie 2008] , Atomic Mass Data Center (accesat la 15 noiembrie 2008 )
  8. (ro) G. Audi, AH Wapstra, C. Thibault, J. Blachot și O. Bersillon, „  Evaluarea NUBASE a proprietăților nucleare și a descompunerii  ” , Nuclear Physics A , vol.  729,2003, p.  3–128 ( DOI  10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001 , Bibcode  2003NuPhA.729 .... 3A , citiți online [ arhiva de23 septembrie 2008] )
  9. (ro) AA Korsheninnikov și colab. , "  Hydrogen Superheavy 5 H  " , Physical Review Letters , vol.  87, nr .  9, 2001, p.  92501 ( DOI  10.1103 / PhysRevLett.87.092501 , Bibcode  2001PhRvL..87i2501K )
  10. (în) Caamaño, D. Cortina-Gil Mittig W., H. SAVAJOLS, Mr. Chartier și colab. , „  Starea de rezonanță în 7 H  ” , Physical Review Letters , vol.  99,9 august 2007, Articol nr .  062 502 ( DOI  10.1103 / PhysRevLett.99.062502 ).
  11. (ro) Diagrama universală a nucleelor

Vezi și tu

Surse

Masa izotopilor din:

Compoziții izotopice și mase atomice standard:

Date de înjumătățire, centrifugare și izomeri:

Articole similare


1  H                                                             Hei
2  Li Fi   B VS NU O F Născut
3  n / A Mg   Al da P S Cl Ar
4  K Aceasta   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Sau Cu Zn Ga GE As Vezi Fr Kr
5  Rb Sr.   Da Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag CD În Sn Sb Tu Eu Xe
6  Cs Ba Acest Relatii cu publicul Nd P.m Sm A avut Doamne Tb Dy Ho Er Tm Yb Citit Hf Ta W Re Os Ir Pt La Hg Tl Pb Bi Po La Rn
7  Pr Ra Ac Th Pa U Np Ar putea A.m Cm Bk Cf Este Fm Md Nu Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt. Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
Tabel periodic al izotopilor