Isótopos de hidrogênio - Isotopes of hydrogen

Isótopos principais de hidrogênio   ( 1 H)
Isótopo Decair
abundância meia-vida ( t 1/2 ) modo produtos
1 H [0,999 72 , 0,999 99 ] estábulo
2 H [0,000 01 , 0,000 28 ] estábulo
3 H vestígio 12,32 (2) y β - 3 ele
Peso atômico padrão A r, padrão (H) [1.007 84 , 1,008 11 ] convencional: 1,008
Os três isótopos mais estáveis ​​de hidrogênio: prótio ( A = 1), deutério ( A = 2) e trítio ( A = 3).

O hidrogênio ( 1 H) tem três isótopos de ocorrência natural , às vezes denotados 1 H, 2 H e 3 H. 1 H e 2 H são estáveis, enquanto 3 H tem meia-vida de 12,32 ± 0,02 anos. Também existem isótopos mais pesados, todos sintéticos e com meia-vida de menos de um zeptosegundo (10 −21 s). Destes, 7 H é o mais estável e 5 H é o menos.

O hidrogênio é o único elemento cujos isótopos têm nomes diferentes que permanecem em uso comum hoje: o isótopo 2 H (ou hidrogênio-2) é deutério e o isótopo 3 H (ou hidrogênio-3) é trítio . Os símbolos D e T às vezes são usados ​​para deutério e trítio. O IUPAC aceita os símbolos D e T, mas recomenda o uso de símbolos isotópicos padrão ( 2 H e 3 H) para evitar confusão na classificação alfabética das fórmulas químicas . O isótopo 1 H, sem nêutrons , às vezes é chamado de protium . (Durante o estudo inicial da radioatividade, alguns outros isótopos radioativos pesados ​​receberam nomes , mas esses nomes raramente são usados ​​hoje.)

Lista de isótopos

Nuclídeo
 Z N Massa isotópica ( Da )
 Meia-vida
Modo de decaimento
Isótopo filha
 Giro e
paridade
 Abundância natural (fração molar) Observação
Proporção normal Faixa de variação
1 H 1 0 1,007 825 031 898 ± 0,000 000 000 014 Estábulo 1/2 + [0,999 72 ,0,999 99 ] Protium
2 H (D) 1 1 2.014 101 777 844 ± 0,000 000 000 015 Estábulo 1+ [0,000 01 ,0,000 28 ] Deutério
3 H (T) 1 2 3,016 049 281 320 ± 0,000 000 000 081 12,32 ± 0,02 y β - 3
Ele
 		1/2 + Vestígio Trítio
4
H
 		1 3 4,026 431 867 ± 0,000 107 354 139 ± 10 anos n 3
H
 		2−
5
H
 		1 4 5,035 311 492 ± 0,000 096 020 86 ± 6 anos 2n 3
H
 		(1/2 +)
6
H
 		1 5 6,044 955 437 ± 0,000 272 816 294 ± 67 ys 3n 3
H
 		2− #
4n 2
H
7
H
 		1 6 7,052 749 ± 0,001 078 # 652 ± 558 ys 4n 3
H
 		1/2 + #
Este cabeçalho e rodapé da tabela:
  1. ^ () - A incerteza (1 σ ) é dada de forma concisa entre parênteses após os últimos dígitos correspondentes.
  2. ^ Modos de decadência:
    n: Emissão de nêutrons
  3. ^ Símbolo em negrito como filha - o produto filha é estável.
  4. ^ () valor de rotação - Indica rotação com argumentos de atribuição fracos.
  5. ^ # - Os valores marcados com # não são derivados puramente de dados experimentais, mas pelo menos parcialmente de tendências de nuclídeos vizinhos (TNN).
  6. ^ A menos queocorra deterioração do próton .
  7. ^ Este e 3 He são os únicos nuclídeos estáveis ​​com mais prótons do que nêutrons.
  8. ^ Produzido durante a nucleossíntese do Big Bang .
  9. ^ Um dos poucos núcleos ímpar-ímpares estáveis
  10. ^ Produzido durante a nucleossíntese do Big Bang, mas não primordial, pois todos esses átomos decaíram para 3 He .
  11. ^ Cosmogênico

Hidrogênio-1 (Protium)

Protium, o isótopo mais comum do hidrogênio, consiste em um próton e um elétron. Único entre todos os isótopos estáveis, não possui nêutrons. (ver diproton para uma discussão sobre por que outros não existem)
Artigo principal: átomo de hidrogênio

1 H (massa atômica1,007 825 031 898 ± 0,000 000 000 014  Da ) é o isótopo de hidrogênio mais comum com uma abundância de mais de 99,98%. Como o núcleo desse isótopo consiste em apenas um único próton , ele recebe o nome formal de prótio .

O próton nunca foi observado em decadência, e o hidrogênio-1 é, portanto, considerado um isótopo estável. Algumas grandes teorias unificadas propostas na década de 1970 prevêem que o decaimento do próton pode ocorrer com uma meia-vida entre 10 28 e 10 36 anos. Se esta previsão for verdadeira, então o hidrogênio-1 (e de fato todos os núcleos agora considerados estáveis) são apenas observacionalmente estáveis . Até o momento, experimentos mostraram que a meia-vida mínima do próton é superior a 10 34 anos.

Hidrogênio-2 (Deutério)

Artigo principal: Deutério
Um átomo de deutério contém um próton, um nêutron e um elétron.

2 H (massa atômica2,014 101 777 844 ± 0,000 000 000 015  Da ), o outro isótopo de hidrogênio estável, é conhecido como deutério e contém um próton e um nêutron em seu núcleo. O núcleo do deutério é denominado deutério. O deutério compreende 0,0026–0,0184% (por população, não por massa) das amostras de hidrogênio na Terra, com o número mais baixo tendendo a ser encontrado em amostras de gás hidrogênio e o enriquecimento mais alto (0,015% ou 150 ppm) típico da água do oceano. O deutério na Terra foi enriquecido em relação à sua concentração inicial no Big Bang e no sistema solar externo (cerca de 27 ppm, por fração de átomo) e sua concentração nas partes mais antigas da Via Láctea (cerca de 23 ppm). Presumivelmente, a concentração diferencial de deutério no sistema solar interno se deve à menor volatilidade do gás de deutério e seus compostos, enriquecendo as frações de deutério em cometas e planetas expostos ao calor significativo do Sol ao longo de bilhões de anos de evolução do sistema solar.

O deutério não é radioativo e não representa um risco significativo de toxicidade. Água enriquecida em moléculas que incluem deutério em vez de prótio é chamada de água pesada . O deutério e seus compostos são usados ​​como um marcador não radioativo em experimentos químicos e em solventes para espectroscopia de 1 H- NMR . Água pesada é usada como moderador de nêutrons e refrigerante para reatores nucleares. O deutério também é um combustível potencial para a fusão nuclear comercial .

Hidrogênio-3 (trítio)

Artigo principal: Trítio
Um átomo de trítio contém um próton, dois nêutrons e um elétron.

3 H (massa atômica3,016 049 281 320 ± 0,000 000 000 081  Da ) é conhecido como trítio e contém um próton e dois nêutrons em seu núcleo. É radioativo, decaindo em hélio-3 através do decaimento β- com meia-vida de12,32 ± 0,02 anos . Traços de trítio ocorrem naturalmente devido à interação dos raios cósmicos com os gases atmosféricos. O trítio também foi liberado durante os testes de armas nucleares . É utilizado em armas de fusão termonuclear, como traçador em geoquímica de isótopos e especializado em dispositivos de iluminação com alimentação própria .

O método mais comum de produção de trítio é bombardeando um isótopo natural de lítio, o lítio-6 , com nêutrons em um reator nuclear .

O trítio já foi usado rotineiramente em experimentos de rotulagem química e biológica como um radiomarcador . Isso se tornou menos comum, mas ainda acontece. A fusão nuclear DT usa o trítio como reagente principal, junto com o deutério , liberando energia por meio da perda de massa quando os dois núcleos colidem e se fundem em altas temperaturas.

Hidrogênio-4

4 H ( massa atômica 4,026 431 867 ± 0,000 107 354 ) contém um próton e três nêutrons em seu núcleo. É um isótopo de hidrogênio altamente instável . Ele foi sintetizado em laboratório bombardeando o trítio com núcleos de deutério que se movem rapidamente . Neste experimento, o núcleo de trítio capturou um nêutron do núcleo de deutério de movimento rápido. A presença do hidrogênio-4 foi deduzida pela detecção dos prótons emitidos. Ele decai através da emissão de nêutrons em hidrogênio-3 (trítio) com meia-vida de139 ± 10 ys (ou(1,39 ± 0,10) × 10 −22  s ).

No romance satírico de 1955, The Mouse That Roared , o nome quadium foi dado ao isótopo hidrogênio-4 que acionou a bomba Q que o Ducado de Grand Fenwick capturou dos Estados Unidos.

Hidrogênio-5

5 H ( massa atômica 5,035 311 492 ± 0,000 096 020 ) é um isótopo de hidrogênio altamente instável. O núcleo consiste em um próton e quatro nêutrons. Foi sintetizado em laboratório bombardeando o trítio com núcleos de trítio que se movem rapidamente. Neste experimento, um núcleo de trítio captura dois nêutrons do outro, tornando-se um núcleo com um próton e quatro nêutrons. O próton remanescente pode ser detectado e a existência de hidrogênio-5 deduzida. Ele decai através da emissão de nêutrons duplos em hidrogênio-3 (trítio) e tem meia-vida de86 ± 6 ys ((8,6 ± 0,6) × 10 −23  s ).

Hidrogênio-6

6 H ( massa atômica 6.044 955 437 ± 0,000 272 816 ) decai através da emissão de nêutrons triplos em hidrogênio-3 (trítio) ou emissão quádrupla de nêutrons em hidrogênio-2 (deutério) e tem meia-vida de294 ± 67 ys ((2,94 ± 0,67) × 10 −22  s ).

Hidrogênio-7

7 H ( massa atômica 7,052 749 ± 0,001 078 ) consiste em um próton e seis nêutrons . Foi sintetizado pela primeira vez em 2003 por um grupo de cientistas russos, japoneses e franceses na RIKEN 's Radioactive Isotope Beam Factory , bombardeando hidrogênio com átomos de hélio-8 . Na reação resultante, todos os seis nêutrons do hélio-8 foram doados ao núcleo do hidrogênio. Os dois prótons restantes foram detectados pelo "telescópio RIKEN", um dispositivo composto por várias camadas de sensores, posicionado atrás do alvo do ciclotron RI Beam. Hydrogen-7 tem meia-vida de652 ± 558 ys .

Cadeias de decadência

A maioria dos isótopos de hidrogênio pesado decai diretamente para 3 H, que então decai para o isótopo estável 3 He . No entanto, 6 H foi ocasionalmente observado decaindo diretamente para 2 H. estável

Os tempos de decaimento são em yoctossegundos (10 -24 s) para todos esses isótopos, exceto 3 H, que é expresso em anos.

Veja também

Notas

Referências

Leitura adicional