Isótopos del hidrógeno

Isótopos del hidrógeno  ( 1 H)
Isótopos principalesDecadencia
abundanciavida media ( t 1/2 )modoproducto
1 hora99,9855%estable
2 horas0,0145%estable
3 horasrastro12,32 añosβ −3 Él
Peso atómico estándar A r °(H)
  • [1.007 84 , 1.008 11 ] [1]
  • 1,0080 ± 0,0002  ( abreviado ) [2]

El hidrógeno ( 1 H) tiene tres isótopos naturales : 1 H, 2 H y 3 H. 1 H y 2 H son estables, mientras que 3 H tiene una vida media de12,32(2) años. [3] [nb 1] También existen isótopos más pesados; todos son sintéticos y tienen una vida media de menos de 1 zeptosegundo (10 −21  s). [4] [5] De estos, el 5 H es el menos estable, mientras que el 7 H es el más.

El hidrógeno es el único elemento cuyos isótopos tienen diferentes nombres que siguen siendo de uso común hoy en día: 2 H es deuterio [6] y 3 H es tritio . [7] Los símbolos D y T se utilizan a veces para el deuterio y el tritio; la IUPAC ( Unión Internacional de Química Pura y Aplicada ) acepta dichos símbolos, pero recomienda los símbolos isotópicos estándar 2 H y 3 H, para evitar confusiones en la clasificación alfabética de las fórmulas químicas . [8] 1 H, sin neutrones , puede llamarse protio para desambiguar. [9] (Durante el estudio temprano de la radiactividad, se dieron nombres a algunos otros radioisótopos pesados , pero tales nombres rara vez se usan hoy en día).

Los tres isótopos más estables del hidrógeno: protio ( A  = 1), deuterio ( A  = 2) y tritio ( A  = 3).

Lista de isótopos

Nota: "y" significa año, pero "ys" significa yoctosegundo (10 −24 segundos).

Nuclido
OnorteMasa isotópica ( Da ) [10] [n 1]
Vida media [11]

Modo de decaimiento [11]
[n 2]
Isótopo hija
[n.º 3]		Espín y
paridad [11]
[n 4] [n 5]		Abundancia natural (fracción molar)Nota
Proporción normal [11]Rango de variación
1 hora101.007 825 031 898 (14)Estable [n 6] [n 7]1/2+[0,999 72 ,0,999 99 ] [12]Protio
2 H (D) [número 8] [número 9]112.014 101 777 844 (15)Estable1+[0.000 01 ,0,000 28 ] [12]Deuterio
3H (T) [ número 10]123.016 049 281 320 (81)12.32(2) añosβ −3 Él1/2+Rastro [n 11]Tritio
4 horas134.026 43 (11)139(10)  añosnorte3 horas2−
5 horas145.035 31 (10)86(6) años2n3 horas(1/2+)
6 horas156.044 96 (27)294(67) años2−#
7 horas167.052 750 (108) #652(558) años1/2+#
Encabezado y pie de página de esta tabla:
  1. ^ ( ) – La incertidumbre (1 σ ) se da en forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes.
  2. ^ Modos de descomposición:
    norte:Emisión de neutrones
  3. ^ Símbolo en negrita como hija: el producto hija es estable.
  4. ^ ( ) valor de giro: indica giro con argumentos de asignación débiles.
  5. ^ # – Los valores marcados con # no se derivan puramente de datos experimentales, sino al menos en parte de las tendencias de los nucleidos vecinos (TNN).
  6. ^ A menos que se produzca la desintegración de protones .
  7. ^ Éste y el 3 He son los únicos nucleidos estables con más protones que neutrones.
  8. ^ Producido en la nucleosíntesis del Big Bang (BBN).
  9. ^ Uno de los pocos núcleos impar-imar estables
  10. ^ Producido en BBN, pero no primordial, ya que todo se ha desintegrado en 3 He . [13]
  11. ^ El tritio se presenta de forma natural como un nucleido cosmogénico .

Hidrógeno-1 (protio)

1 H consta de 1 protón y 1 electrón: el único nucleido estable sin neutrones (ver diprotón para una discusión de por qué no existen otros)

1 H (masa atómica1.007 825 031 898 (14)  Da ) es el isótopo de hidrógeno más común, con una abundancia de >99,98%. Su núcleo consta de un solo protón , por lo que tiene el nombre formal de protio .

Nunca se ha observado que el protón se desintegra, por lo que el 1 H se considera un isótopo estable. Algunas teorías de gran unificación propuestas en la década de 1970 predicen que la desintegración del protón puede ocurrir con una vida media de entre10 28 y10 36 años. [14] Si es así, entonces 1 H (y todos los núcleos que ahora se cree que son estables) solo son estables observacionalmente . A partir de 2018, los experimentos han demostrado que la vida media del protón es >3,6 × 10 29 años. [15]

Hidrógeno-2 (deuterio)

El deuterio se compone de 1 protón, 1 neutrón y 1 electrón.

Deuterio , 2 H (masa atómica2.014 101 777 844 (15)  Da ), el otro isótopo estable del hidrógeno, tiene un protón y un neutrón en su núcleo, llamado deuterón. 2 H comprende 26-184 ppm (por población, no por masa) de hidrógeno en la Tierra; el número más bajo tiende a encontrarse en el gas hidrógeno y el mayor enriquecimiento (150 ppm) es típico del agua de mar . El deuterio en la Tierra se ha enriquecido con respecto a su concentración inicial en el Big Bang y el sistema solar exterior (≈27 ppm, por fracción atómica) y partes más antiguas de la Vía Láctea (≈23 ppm). Presumiblemente, la concentración diferencial de deuterio en el sistema solar interior se debe a la menor volatilidad del gas y los compuestos de deuterio, enriqueciendo las fracciones de deuterio en cometas y planetas expuestos a un calor significativo del Sol durante miles de millones de años de evolución del sistema solar .

El deuterio no es radiactivo y no presenta un riesgo significativo de toxicidad. El agua enriquecida con 2 H se denomina agua pesada . El deuterio y sus compuestos se utilizan como marcador no radiactivo en experimentos químicos y en disolventes para la espectroscopia de resonancia magnética nuclear de 1 H. El agua pesada se utiliza como moderador de neutrones y refrigerante para reactores nucleares. El deuterio también es un combustible potencial para la fusión nuclear comercial .

Hidrógeno-3 (tritio)

El tritio consta de 1 protón, 2 neutrones y 1 electrón.

Tritio , 3 H (masa atómica3.016 049 281 320 (81)  Da ), contiene un protón y dos neutrones en su núcleo (tritón). Es radiactivo , β − se desintegra en helio-3 con una vida media 12,32(2) años . [nb 1] [3] Los rastros de 3 H se producen de forma natural debido a la interacción de los rayos cósmicos con los gases atmosféricos. El 3 H también se ha liberado en pruebas nucleares . Se utiliza en bombas de fusión , como trazador en geoquímica de isótopos y en dispositivos de iluminación autoalimentados .

La forma más común de producir 3 H es bombardear un isótopo natural del litio , 6 Li, con neutrones en un reactor nuclear .

El tritio se puede utilizar en experimentos de etiquetado químico y biológico como trazador radiactivo . [16] [17] La ​​fusión deuterio-tritio utiliza 2 H y 3 H como sus principales reactivos, dando energía a través de la pérdida de masa cuando los dos núcleos chocan y se fusionan a altas temperaturas.

Hidrógeno-4

4 H ( masa atómica 4.026 43 (11) ), con un protón y tres neutrones, es un isótopo altamente inestable . Se ha sintetizado en el laboratorio bombardeando tritio con deuterones de movimiento rápido; [18] el tritón capturó un neutrón del deuterón. La presencia de 4 H se dedujo detectando los protones emitidos. Se desintegra por emisión de neutrones en 3 H con una vida media de139(10)  años (o1,39(10) × 10 −22  s ).

En la novela satírica de 1955 El ratón que rugió , se le dio el nombre de quadium a las 4 H que alimentaban la bomba Q que el Ducado de Grand Fenwick capturó de los Estados Unidos.

Hidrógeno-5

5 H ( masa atómica 5.035 31 (10) ), con un protón y cuatro neutrones, es altamente inestable. Se ha sintetizado en el laboratorio bombardeando tritio con tritones de movimiento rápido; [18] [19] un tritón captura dos neutrones del otro, convirtiéndose en un núcleo con un protón y cuatro neutrones. El protón restante puede detectarse y deducirse la existencia de 5 H. Se desintegra por doble emisión de neutrones en 3 H y tiene una vida media de86(6)  años (8,6(6) × 10 −23  s ) – la vida media más corta de cualquier nucleido conocido. [3]

Hidrógeno-6

6 H ( masa atómica 6.044 96 (27) ) tiene un protón y cinco neutrones . Tiene una vida media de294(67)  años (2,94(67) × 10 −22  s ).

Hidrógeno-7

7 H ( masa atómica 7.052 75 (108) ) tiene un protón y seis neutrones . Fue sintetizado por primera vez en 2003 por un grupo de científicos rusos, japoneses y franceses en la fábrica de haces de isótopos radiactivos de Riken bombardeando hidrógeno con átomos de helio-8 ; los seis neutrones del helio-8 fueron donados al núcleo del hidrógeno. Los dos protones restantes fueron detectados por el "telescopio RIKEN", un dispositivo hecho de varias capas de sensores, ubicado detrás del objetivo del ciclotrón RI Beam. [5] 7 H tiene una vida media de 652(558)  años (6,52(558) × 10 −22  s ). [3]

Cadenas de desintegración

El 4H y el 5H se desintegran directamente en 3H , que luego se desintegra en 3He estable . La desintegración de los isótopos más pesados, 6H y 7H , no se ha observado experimentalmente. [11]

yo 1 3 → 12.32   y Él 2 3 + mi − yo 1 4 → 139   Sí yo 1 3 + norte 0 1 yo 1 5 → 86   Sí yo 1 3 + 2 0 1 norte {\displaystyle {\begin{array}{rcl}\\{\ce {^{3}_{1}H}}&{\ce {->[12.32\ {\ce {y}}]}}& {\ce {{^{3}_{2}Él}+e^{-}}}\\{\ce {^{4}_{1}H}}&{\ce {->[139\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{^{1}_{0}n}}}\\{\ce {^{5} _{1}H}}&{\ce {->[86\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{2_{0}^ {1}n}}}\\{}\end{array}}}

Los tiempos de decaimiento se expresan en yoctosegundos (10 −24  s ) para todos estos isótopos excepto 3 H, que está en años.

Véase también

Notas

  1. ^ ab Tenga en cuenta que NUBASE2020 utiliza el año tropical para convertir entre años y otras unidades de tiempo, no el año gregoriano . La relación entre años y otras unidades de tiempo en NUBASE2020 es la siguiente: 1 y = 365,2422 d = 31 556 926 s

Referencias

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  2. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (4 de mayo de 2022). "Pesos atómicos estándar de los elementos 2021 (Informe técnico de la IUPAC)". Química pura y aplicada . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
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  5. ^ ab AA Korsheninnikov; et al. (2003). "Evidencia experimental de la existencia de 7 H y de una estructura específica de 8 He". Physical Review Letters . 90 (8): 082501. Bibcode :2003PhRvL..90h2501K. doi :10.1103/PhysRevLett.90.082501. PMID  12633420.
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  9. ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "protio". doi :10.1351/goldbook.P04903
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Lectura adicional

  • Dumé, B. (7 de marzo de 2003). "Hidrógeno-7 hace su debut" . Physics World .
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