Изотопи водоника

Водоник (H) има три изотопа који се могу наћи у природи, понекад означени 1H, 2H и 3H. Прва два су стабилна, док 3H има време полураспада од 12.32 године. Такође постоје и тежи изотопи, који су сви синтетички и имају време полураспада мање од једне зептосекуне (10-21 секунди). Од ових 5H је најстабилнији, а 7H најнестабилнији. [1]

Водоник је једини елемент чији изотопи имају различита имена у уобичајеној употреби данас: 2H (или водоник-2) је деутеријум [2], а 3H (водоник-3) изотоп је трицијум [3]. За деутеријум и трицијум се понекад користе симболи D и Т. IUPAC прихвата симболе D и Т, али препоручује да се уместо тога користе стандардни симболи (2H и 3H), како би се избегла забуна при абецедном сортирању хемијских формула [4]. Обичан изотоп водоника, без неутрона, понекад се назива протијум [5]. (Током раних истраживања радиоактивности, неки други тешки радиоактивни изотопи су добијали имена, али се таква имена ретко користе данас.)

Водоник-1 (протијум)Уреди

1H (атомска маса 1.007825032241(94) U) је најчешћи изотоп водоника са 99,98% заступљености. Због тога што се језгро овог изотопа састоји од само једног протона, добило је формалан назив протијум.

Протон се никада није посматрао до пропадања, и због тога се сматра да је водоник-1 стабилан изотоп. Неке теорије великог обједињења предложене 1970-их предвиђају да распад протона може да се догоди са временом полураспада између 1031 и 1036 година. Ако се установи да је ово предвиђање истинито, онда је водоник-1 (и свакако сва језгра за која се сада сматра да су стабилни) само “посматрано” стабилни. До данас, експерименти су показали да је минимално време полураспада протона у вишку од 1034 година.

Водоник-2 (деутеријум)Уреди

2H (атомска маса 2.01410177811(12) U), други стабилни изотоп водоника, познат је као деутеријум, и у језгру садржи један протон и један неутрон. Језгро деутеријума се зове деутерон. Деутеријум чини 0.0026 – 0.0184% (популацијом, а не масом) водоникових узорака на Земљи, где се нижи број претежно налази у узорцима водониковог гаса, а веће обогаћење (0.015% или 150 ppm) типично за морску воду. Деутеријум на Земљи је обогаћен с обзиром на почетну концентрацију у Великом праску и спољњем Сунчевом систему (око 27 ppm, фракцијом атома) и концентрацијом у старијим деловима Млечног пута (око 23 ppm). Претпоставља се да је диференцијална концентрација деутеријума у унутрашњем Соларном систему последица ниже испарљивости деутеријумовог гаса и једињења, обогаћујући фракције деутеријума у кометама и планетама изложеним значајној топлоти Сунца током милијарди година еволуције Сунчевог система.

Деутеријум није радиоактиван, и не представља значајну опасност од токсичности. Вода обогаћена молекулима који садрже деутеријум уместо протијума, зове се тешка вода. Деутеријум и његова једињења се користе као нерадиоактивна ознака у хемијским експериментима и раставарачима за 1H-NMR спектроскопију. Тешка вода се користи као неутронски модератор и расхладно средство за нуклеарне реакторе. Деутеријум је такође потенцијално гориво за комерцијалну нуклеарну фузију.

Водоник-3 (трицијум)Уреди

3H (атомска маса 3.01604928199(23) U) познат је као трицијум, и у језгру садржи један протон и два неутрона. Радиоактиван је, распада се у хелијум-3 кроз бета-распад са временом полураспада од 12.32 године.[6] Трагови трицијума јављају се природно услед интеракције космичког зрачења са атмосферским гасовима. Трицијум се такође ослобађа током тестирања нуклеарних оружја. Користи се у термонуклеарном фузионим реакторима, као индикатор у изотопној геохемији, и специјализовано у самонапајајућим уређајима за осветљене.

Најчешћа метода производње трицијума је бомбардовање природних изотопа литијума, литијума-6, неутронима у нуклеарном реактору.

Трицијум је некада био рутински коришћен у хемијским и биолошким експериментима означивања као радио-ознака, што је мање уобичајено у последње време. D-T нуклеарна фузија користи трицијум као главни реактант, заједно са деутеријумом, ослобађајући енергију услед губитка масе приликом судара два језгра и фузије при високим температурама.

Водоник-4Уреди

4H (атомска маса је 4.02643(11) U) садржи један протон и три неутрона у свом језгру. То је веома нестабилан изотоп водоника. Синтетише се у лабораторији бомбардовањем трицијума брзим језгрима водониковог изотопа деутеријума. У овом експерименту, језгро трицијума прима неутрон из брзог језгра деутеријума.[7] О присуству водоника-4 закључујемо на основу детекције емитованог протона. Он се распада кроз емисију неутрона у водоник-3 (трицијум) са временом полураспада од око 139 ± 10 јоктосекунди (или (1.39 ± 0.10) × 10-22 секунди).

Водоник-5Уреди

5H је веома нестабилан изотоп водоника. Језгро садржи један протон и четири неутрона. Синтетише се у лабораторији бомбардовањем трицијума брзим језгрима трицијума.[7][8] У овом експеримемнту једно језгро трицијума везује два неутрона од другог при чему настаје језго с једним протоном и четири неутрона. Преостали протон је могуће детектовати и тако закључујемо о постојању водоника-5. Распада се приликом двоструке емисије неутрона на водоник-3 (трицијум) и има време полураспада од најмање 910 јоктосекунди (9.1 × 10-22 секунди).

Водоник-6Уреди

6H распада се или приликом троструког зрачења неутронима на водоник-3 (трицијум) или четвороструког неутронског зрачења на водоник-2 (деутеријум) и има време полураспада од 290 јоктосекунди (2.9 × 10-22 секунди).

Водоник-7Уреди

7H састоји се од једног протона и шест неутрона. Први пут је синтетизован 2003. године од стране групе руских, јапанских и француских научника у RIKEN-овој фабрици за радиоактивне изотопе бомбардовањем водоника атомом хелијума-8. У резултујућој реакцији свих 6 неутрона хелијума-8 преузима језгро водоника. Два преостала протона су регистрована RIKEN телескопом, уређајем који се састоји од више нивоа сензора, постављених иза циља RI Beam циклотрона. Водоник-7 има период полураспада од 23 јоктосекунде (2.3 × 10-23 секунди).[9]

Ланци распадаУреди

Већина тешких водоникових изотопа распада се директно на 3H, који се онда распада на стабилни изотoп 3He. Ипак, 6H се понекад распад на 2H.

Периоди распада су у јоктосекундама за све изотопе осим 3H, који је изражен у годинама.

РеференцеУреди

  1. ^ Gurov, Yu. B.; Aleshkin, D. V.; Behr, M. N.; Lapushkin, S. V.; Morokhov, P. V.; Pechkurov, V. A.; Poroshin, N. O.; Sandukovsky, V. G.; Tel’kushev, M. V. (2005-03). „Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei”. Physics of Atomic Nuclei (на језику: енглески). 68 (3): 491—497. ISSN 1063-7788. doi:10.1134/1.1891200.  Проверите вредност парамет(а)ра за датум: |date= (помоћ)
  2. ^ Nič, Miloslav; Jirát, Jiří, ур. (2009-06-12), deuterium (на језику: енглески) (2.1.0 изд.), IUPAC, ISBN 978-0-9678550-9-7, doi:10.1351/goldbook.d01648, Приступљено 2020-04-21 
  3. ^ Nič, Miloslav; Jirát, Jiří, ур. (2009-06-12), tritium (на језику: енглески) (2.1.0 изд.), IUPAC, ISBN 978-0-9678550-9-7, doi:10.1351/goldbook.t06513, Приступљено 2020-04-21 
  4. ^ Nomenclature of inorganic chemistry. IUPAC recommendations 2005. Connelly, N. G., Royal Society of Chemistry (Great Britain), International Union of Pure and Applied Chemistry. Cambridge: Royal Society of Chemistry. 2005. ISBN 978-0-85404-438-2. OCLC 60838140. 
  5. ^ Nič, Miloslav; Jirát, Jiří, ур. (2009-06-12), protium (на језику: енглески) (2.1.0 изд.), IUPAC, ISBN 978-0-9678550-9-7, doi:10.1351/goldbook.p04903, Приступљено 2020-04-21 
  6. ^ Miessler, Gary L., 1949- (2004). Inorganic chemistry. Tarr, Donald A. (Donald Arthur), 1932-2006. (3rd изд.). Upper Saddle River, N.J.: Pearson Education. ISBN 0-13-035471-6. OCLC 52165864. 
  7. ^ а б Ter-Akopian, G. M.; Oganessian, Yu. Ts.; Bogdanov, D. D.; Fomichev, A. S.; Golovkov, M. S.; Rodin, A. M.; Sidorchuk, S. I.; Slepnev, R. S.; Stepantsov, S. V. (2002). „Hydrogen-4 and Hydrogen-5 from t+t and t+d transfer reactions studied with a 57.5-MeV triton beam”. AIP Conference Proceedings (на језику: енглески). Berkeley. California (USA): AIP. 610: 920—924. doi:10.1063/1.1470062. 
  8. ^ Korsheninnikov, A. A.; Golovkov, M. S.; Tanihata, I.; Rodin, A. M.; Fomichev, A. S.; Sidorchuk, S. I.; Stepantsov, S. V.; Chelnokov, M. L.; Gorshkov, V. A. (2001-08-13). „Superheavy Hydrogen H 5”. Physical Review Letters (на језику: енглески). 87 (9): 092501. ISSN 0031-9007. doi:10.1103/PhysRevLett.87.092501. 
  9. ^ „Table 1: Characteristics of the HIV-1 isolates retrieved from the Los Alamos sequence data base.”. dx.doi.org. Приступљено 2020-04-21.