L' idrogeno a simbolo H e massa atomica standard 1.00782504 (7) u , ha tre isotopi naturali, denotati 1 H, 2 H e 3 H. Altri (di 4 H 7 H), particolarmente instabili, sono stati sintetizzati in laboratorio ma mai osservato in natura.
L'idrogeno è l'unico elemento con nomi e simboli diversi per i suoi diversi isotopi, ancora in uso oggi. L'isotopo 2 H (o H-2) è quindi chiamato “ deuterio ” (simbolo D), e l'isotopo 3 H (o H-3) “ trizio ” (simbolo T). La IUPAC , pur riconoscendone l'utilizzo, tuttavia, non lo consiglia. L'isotopo più comune dell'idrogeno, senza neutrone , è talvolta chiamato " protio " . Durante i primi studi sulla radioattività furono dati nomi anche agli isotopi pesanti dell'idrogeno, ma questi nomi non sono più in uso.
Il muonio, Mu , è formato da un elettrone e un antimuone . Il muonio ha proprietà chimiche che si avvicinano a un atomo di idrogeno e può essere considerato l'isotopo più leggero dell'idrogeno, indicato con 0,11 H .
1 H è l'isotopo più comune dell'idrogeno, con un'abbondanza del 99,98%. Poiché il suo nucleo è costituito da un solo protone , è talvolta, ma piuttosto raramente, chiamato "protium". Lo ione H + ottenuto invece dalla perdita del singolo elettrone di 1 H, e quindi formalmente costituito solo da un protone, è molto comunemente chiamato “protone” e dà il nome a reazioni ( protonazione / deprotonazione ) o caratteristiche ( solvente protico ) che coinvolgono uno ione H + .
2 H , l'altro isotopo stabile dell'idrogeno, noto come Deuterio, ha un nucleo costituito da un protone e un neutrone . L' abbondanza atomica sulla Terra del deuterio è compresa tra 0,0026 e 0,0184%, il numero più basso corrispondente al numero trovato nelgas idrogeno , il più alto in un ambiente arricchito (0,015% o 150 ppm) come l'acqua di mare.Il deuterio non è radioattivo e non rappresentano un pericolo significativo in termini di tossicità. L'acqua arricchita con molecole contenenti deuterio al posto dei “normali” atomi di idrogeno è detta acqua pesante . Il deuterio e i suoi composti sono usati come etichette non radioattive negli esperimenti di chimica e come solventi per la spettroscopia NMR protonica. L'acqua pesante viene utilizzata come moderatore di neutroni e refrigerante nei reattori nucleari. Il deuterio è anche un possibile combustibile nella fusione nucleare .
3 H -noto con il nome di trizio ha un nucleo costituito da un protone e due neutroni. È un elemento radioattivo che decade in elio 3 per decadimento - con un'emivita di 12,32 anni. Piccole quantità di trizio sono naturalmente presenti a causa dell'interazione tra raggi cosmici e gas atmosferici. Il trizio è stato rilasciato anche durante i test sulle armi nucleari . Il trizio è utilizzato nelle armi termonucleari , come tracciante nella geologia isotopica e in alcuni dispositivi di illuminazione autoalimentati .
Il metodo più comune per produrre trizio è bombardare un isotopo naturale del litio , il litio 6 , con neutroni in un reattore nucleare .
Il trizio un tempo era ampiamente usato come marcatore in chimica e biologia (ma il suo uso è diventato meno comune). La fusione nucleare DT utilizza il trizio come reagente primario con il deuterio , liberando energia dalla perdita di massa quando i due nuclei si fondono insieme a temperature molto elevate.
4 H a volte chiamato quadrium ha un nucleo composto da un protone e tre neutroni. È un isotopo dell'idrogeno altamente instabile che è stato sintetizzato in laboratorio bombardando il trizio con nuclei veloci di deuterio . In questo esperimento, il nucleo di trizio cattura un neutrone dal nucleo di deuterio veloce. La presenza di idrogeno 4 è stata dedotta dalla rilevazione dell'emissione di protoni. La sua massa atomica è 4.02781 ± 0.00011. Decade per emissione di neutroni con un'emivita di (1,39 ± 0,10) × 10 -22 secondi.
L'elio muonico ( 4.1 H ) è stato creato sostituendo un elettrone nell'elio 4 con un muone , con il muone che orbita più vicino al nucleo rispetto all'elettrone. L'elio muonico può quindi essere visto come un isotopo dell'idrogeno il cui nucleo è formato da due neutroni, due protoni e un muone, con un solo elettrone in orbita attorno al nucleo. L'idrogeno 4.1 può legarsi con altri atomi e quindi agisce più come un atomo di idrogeno che come un atomo di elio inerte.
5 H è un isotopo altamente instabile dell'idrogeno. Il suo nucleo è formato da un protone e quattro neutroni. È stato sintetizzato in laboratorio bombardando il trizio con nuclei rapidi di trizio. In questo esperimento, un nucleo di trizio cattura due neutroni da un altro nucleo e diventa quindi un nucleo di quattro neutroni. Il protone rimanente può essere rilevato, dimostrando per deduzione l'esistenza dell'idrogeno 5. Esso decade per doppia emissione di neutroni e la sua emivita è di almeno 9,1 × 10 -22 secondi.
6 H è un isotopo altamente instabile dell'idrogeno. Il suo nucleo è formato da un protone e cinque neutroni. Decade per tripla emissione di neutroni e la sua emivita è 2,90 × 10 −22 secondi
7 H è l'isotopo noto con il più alto rapporto tra numero di neutroni e protoni ( N / Z = 6). È anche il nuclide con la più piccola emivita conosciuta, (2,3 ± 0,6) × 10 −27 s . Si scompone in 3 H trizio e quattro neutroni.
È stato sintetizzato per la prima volta nel 2003 da un gruppo di scienziati russi, giapponesi e francesi al RIKEN , bombardando l' idrogeno con 8 atomi di elio . Con questa reazione, i sei neutroni dell'elio 8 vengono dati al nucleo di idrogeno. Questi sono i due protoni rimanenti che sono stati rilevati dal "telescopio RIKEN", un dispositivo composto da più strati di sensori posizionati tra il bersaglio e il raggio RI del ciclotrone.
La realtà dell'esistenza, seppur estremamente fugace, dell'idrogeno 7 è stata confermata nel 2007 dall'osservazione di una risonanza nucleare. Questo esperimento è stato eseguito presso GANIL , Francia, bombardando un bersaglio di carbonio 12 attraverso il carbonio 13 , producendo così un fascio di atomi di elio 8 , alcuni dei quali hanno reagito con il carbonio 12 del gas ambientale (il butano C 4 H 10) secondo la reazione 8
2lui + 12
6C → 7
1H + 13
7NON.
Simbolo | Z | NON | Massa atomica ( u ) |
Metà vita | Modalità di decadimento | Isotopo (i) -figlio | Spin nucleare | Composizione isotopica rappresentativa ( frazione molare ) |
Intervallo di variazione naturale ( frazione molare ) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0,11 H | 0 | 0 | 0,113 | ||||||
1 ora | 1 | 0 | 1.00782503207 (10) | Stabile | 1 ⁄ 2 + | 0,999885 (70) | 0,999816-0,999974 | ||
2 ore | 1 | 1 | 2.0141017778 (4) | Stabile | 1 + | 0.000115 (70) | 0.0000026–0.000184 | ||
3 ore | 1 | 2 | 3.0160492777 (25) | 12,32 (2) anni | β - | 3 Lui | 1 ⁄ 2 + | Traccia | |
4 ore | 1 | 3 | 4.02781 (11) |
1,39 (10) × 10 -22 s [ 4,6 (9) MeV ] |
non | 3 ore | 2 - | ||
4,1 H | 2 | 2 | 4.116 | ||||||
5 ore | 1 | 4 | 5.03531 (11) | > 9,1 × 10 -22 secondi ? | non | 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 + # |
Massa di isotopi da:
Composizioni isotopiche standard e masse atomiche:
Dati di emivita, spin e isomeri:
1 | H | Hey | ||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Essere | B | VS | NON | oh | F | Nato | ||||||||||||||||||||||||
3 | N / A | Mg | Al | sì | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||||||||||
4 | K | è | Sc | Ti | V | Cr | mn | Fe | Co | O | Cu | Zn | Ga | Ge | Asso | Vedi | Br | Kr | ||||||||||||||
5 | Rb | Sr | sì | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | Nel | Sn | Sb | voi | io | Xe | ||||||||||||||
6 | Cs | Ba | Il | Questo | prima | Nd | Pm | Sm | Aveva | Gd | Tb | Dy | come | Er | Tm | Yb | Leggere | HF | Il tuo | W | Ri | osso | Ir | Pt | A | Hg | Tl | Pb | Bi | po | A | Rn |
7 | Fr | RA | AC | questo | papà | tu | Np | Poteva | Am | Cm | Bk | Cf | È | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | fl | Mc | Lv | Ts | Og |