Aunque hay nueve isótopos conocidos de helio ( 2 He) ( peso atómico estándar :4.002 602 (2) ), solo helio-3 (3
Él
) y helio-4 (4
Él
) son estables . Todos los radioisótopos tienen una vida corta, el ser más longevo6
Él
con una vida media de806,7 milisegundos . El menos estable es5
Él
, con una vida media de7,6 × 10 −22 s , aunque es posible que2
Él
tiene una vida media aún más corta.
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Peso atómico estándar A r, estándar (He) |
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---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
En la atmósfera de la Tierra, hay uno 3
Él
átomo por cada millón 4
Él
átomos. [2] Sin embargo, el helio es inusual porque su abundancia isotópica varía mucho según su origen. En el medio interestelar , la proporción de3
Él
es alrededor de cien veces mayor. [3] Las rocas de la corteza terrestre tienen proporciones de isótopos que varían hasta en un factor de diez; esto se utiliza en geología para investigar el origen de las rocas y la composición del manto de la Tierra . [4] Los diferentes procesos de formación de los dos isótopos estables de helio producen las diferentes abundancias de isótopos.
Mezclas iguales de líquido 3
Él
y 4
Él
debajo 0.8 K se separan en dos fases inmiscibles debido a su disimilitud (siguen diferentes estadísticas cuánticas :4
Él
los átomos son bosones mientras3
Él
los átomos son fermiones ). [5] Los refrigeradores de dilución aprovechan la inmiscibilidad de estos dos isótopos para alcanzar temperaturas de unos pocos milikelvins.
Lista de isótopos
Nuclido [6] | Z | norte | Masa isotópica( Da ) [7] [n 1] | Vida media [ ancho de resonancia ] | Modo de caída [n 2] | Hija isótopo [n 3] | Spin y paridad [n 4] [n 5] | Abundancia natural (fracción molar) | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Proporción normal | Rango de variación | ||||||||
2 Él [n 6] | 2 | 0 | 2.015894 (2) | ≪ 10 −9 s [8] | p (> 99,99%) | 2 1H | 0 + # | ||
β + (<0,01%) | 2H | ||||||||
3Él[n 7] | 2 | 1 | 3.01602932265 (22) | Estable [n 8] | 1/2 + | 1,34 (3) × 10 −6 | 4,6 × 10 −10 -4,1 × 10 −5 | ||
4Él[n 7] | 2 | 2 | 4.00260325413 (6) | Estable | 0+ | 0.99999866 (3) | 0.999959-1 | ||
5 Él | 2 | 3 | 5.012057 (21) | 700 (30) × 10 −24 s | norte | 4Él | 3 / 2− | ||
6 Él [n 9] | 2 | 4 | 6.01888589 (6) | 806,92 (24) ms | β - (99,99%) | 6 Li | 0+ | ||
β - , α (2,8 × 10 −4 %) | 4 Él , 2H | ||||||||
7 Él | 2 | 5 | 7.027991 (8) | 2,51 (7) × 10 −21 s [159 (28) keV] | norte | 6 Él | (3/2) - | ||
8 Él [n 10] | 2 | 6 | 8.03393439 (10) | 119,1 (12) ms | β - (83%) | 8 Li | 0+ | ||
β - , n (16,1%) | 7 Li | ||||||||
β - , fisión (0,9%) | 5 Él , 3H | ||||||||
9 Él | 2 | 7 | 9.04395 (5) | 2,5 (23) × 10 −21 s | norte | 8 Él | 1/2 + # | ||
10 Él | 2 | 8 | 10.05282 (10) | 3,1 (20) × 10 −21 s | 2n | 8 Él | 0+ |
- ^ () - La incertidumbre (1 σ ) se da de forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes.
- ^ Modos de descomposición:
norte: Emisión de neutrones pag: Emisión de protones - ^ Símbolo en negrita como hija: el producto secundario es estable.
- ^ () valor de giro: indica giro con argumentos de asignación débiles.
- ^ # - Los valores marcados con # no se derivan puramente de datos experimentales, sino al menos en parte de las tendencias de los nucleidos vecinos (TNN).
- ^ Intermedio en la reacción en cadena protón-protón
- ^ a b Producido durante la nucleosíntesis del Big Bang
- ^ Este y 1 H son los únicos nucleidos estables con más protones que neutrones
- ^ Tiene 2neutrones halo
- ^ Tiene 4 neutrones halo
- La composición isotópica se refiere a la del aire.
Helio-2 (diprotón)
Helio-2 o 2
Él
es un isótopo de helio extremadamente inestable. Su núcleo, un diprotón , consta de dos protones sin neutrones . De acuerdo con los cálculos teóricos, habría sido mucho más estable (aunque todavía experimentando una desintegración β + a deuterio ) si la fuerza fuerte hubiera sido un 2% mayor. [9] Su inestabilidad se debe a las interacciones espín-espín en la fuerza nuclear y al principio de exclusión de Pauli , que obliga a los dos protones a tener espines anti-alineados y le da al diprotón una energía de enlace negativa . [10]
Puede haber habido observaciones de 2
Él
. En 2000, los físicos observaron por primera vez un nuevo tipo de desintegración radiactiva en el que un núcleo emite dos protones a la vez, tal vez un2
Él
núcleo. [11] [12] El equipo dirigido por Alfredo Galindo-Uribarri del Laboratorio Nacional de Oak Ridge anunció que el descubrimiento ayudará a los científicos a comprender la fuerte fuerza nuclear y proporcionará nuevos conocimientos sobre la creación de elementos dentro de las estrellas . Galindo-Uribarri y sus colaboradores eligieron un isótopo de neón con una estructura energética que evita que emita protones de uno en uno. Esto significa que los dos protones se expulsan simultáneamente. El equipo disparó un haz de iones de flúor a un objetivo rico en protones para producir18
Nordeste
, que luego se descompuso en oxígeno y dos protones. Cualquier protón expulsado del objetivo mismo se identificó por sus energías características. Hay dos formas en las que puede proceder la emisión de dos protones. El núcleo de neón podría expulsar un "diprotón", un par de protones agrupados como un2
Él
núcleo, que luego se descompone en protones separados. Alternativamente, los protones pueden emitirse por separado pero simultáneamente, lo que se denomina "decadencia democrática". El experimento no fue lo suficientemente sensible para establecer cuál de estos dos procesos estaba teniendo lugar.
Más evidencia de 2
Él
fue encontrado en 2008 en el Istituto Nazionale di Fisica Nucleare , en Italia. [8] [13] Una viga de20
Nordeste
Los iones se dirigieron a un objetivo de la hoja de berilio. Esta colisión convirtió algunos de los núcleos de neón más pesados del rayo en18
Nordeste
núcleos. Estos núcleos luego chocaron con una lámina de plomo. La segunda colisión tuvo el efecto de excitar el18
Nordeste
núcleo en una condición altamente inestable. Como en el experimento anterior en Oak Ridge, el18
Nordeste
núcleo decaído en un dieciséis
O
núcleo, más dos protones detectados que salen de la misma dirección. El nuevo experimento mostró que los dos protones fueron inicialmente expulsados juntos, correlacionados en una configuración de casi 1 S , antes de descomponerse en protones separados mucho menos de un nanosegundo después.
Más evidencia proviene de RIKEN en Japón [ cita requerida ] y JINR en Dubna , Rusia, [ cita requerida ] donde vigas de6
Él
Los núcleos se dirigieron a una diana de hidrógeno criogénico para producir 5
Él
. Se descubrió que el6
Él
El núcleo puede donar sus cuatro neutrones al hidrógeno. [ cita requerida ] Los dos protones restantes podrían ser expulsados simultáneamente del objetivo como un2
Él
núcleo, que rápidamente se descompuso en dos protones. También se ha observado una reacción similar de8
Él
núcleos chocando con hidrógeno. [14]
2
Él
es un intermedio en el primer paso de la reacción en cadena protón-protón . El primer paso de la reacción en cadena protón-protón es un proceso de dos etapas; Primero, dos protones se fusionan para formar un diprotón:
- 1 1H + 1 1H + 1,25 MeV → 2
2Él
,
seguido de la desintegración beta-plus inmediata del diprotón a deuterio:
- 2
2Él
→ 2 1D + mi+ + νmi + 1,67 MeV,
con la fórmula general
- 1 1H + 1 1H → 2 1D + mi+ + νmi + 0,42 MeV .
Se ha investigado el efecto hipotético de la unión del diprotón sobre el Big Bang y la nucleosíntesis estelar . [9] Algunos modelos sugieren que las variaciones en la fuerza fuerte que permiten la existencia de un diprotón ligado permitirían la conversión de todo el hidrógeno primordial en helio en el Big Bang, con consecuencias catastróficas en el desarrollo de las estrellas y la vida. Esta proposición se utiliza como ejemplo del principio antrópico . Sin embargo, un estudio de 2009 sugiere que no se puede sacar tal conclusión, ya que los diprotones formados aún se descompondrían en deuterio, cuya energía de unión también aumentaría. En algunos escenarios, se postula que el hidrógeno (en forma de deuterio) aún podría sobrevivir en cantidades relativamente grandes, refutando los argumentos de que la fuerza fuerte está sintonizada dentro de un límite antrópico preciso. [15]
Helio-3
3
Él
es estable y es el único isótopo estable que no sea 1
H
con más protones que neutrones. (Hay muchos isótopos inestables de este tipo, siendo el más ligero7
Ser
y 8
B
.) Solo hay una pequeña cantidad (0,000137%) de 3
Él
en la Tierra, presente principalmente desde la formación de la Tierra, aunque algunas caen a la Tierra atrapadas en polvo cósmico. [4] Las trazas también son producidas por la desintegración beta del tritio . [16] En estrellas , sin embargo,3
Él
es más abundante, producto de la fusión nuclear . El material extraplanetario, como el regolito lunar y de asteroides , tiene trazas de3
Él
del bombardeo del viento solar .
Para que el helio-3 forme un superfluido , debe enfriarse a una temperatura de 0,0025 K , o casi mil veces menor que el helio-4 (2,17 K). Esta diferencia se explica por la estadística cuántica , ya que los átomos de helio-3 son fermiones , mientras que los átomos de helio-4 son bosones , que se condensan en un superfluido más fácilmente.
Helio-4
El isótopo más común, 4
Él
, se produce en la Tierra por la desintegración alfa de elementos radiactivos más pesados; las partículas alfa que emergen están completamente ionizadas4
Él
núcleos. 4
Él
es un núcleo inusualmente estable porque sus nucleones están dispuestos en capas completas . También se formó en cantidades enormes durante la nucleosíntesis del Big Bang .
El helio terrestre está compuesto casi exclusivamente (99,99986%) de este isótopo. El punto de ebullición del helio-4 de 4,2 K es el segundo más bajo de todas las sustancias conocidas, solo superado por el helio-3. Cuando se enfría más a 2,17 K, se transforma en un estado superfluido único de viscosidad cero . Se solidifica solo a presiones superiores a 25 atmósferas, donde su punto de fusión es de 0,95 K.
Isótopos de helio más pesados
Aunque todos los isótopos de helio más pesados se desintegran con una vida media de menos de un segundo , los investigadores han utilizado las colisiones de aceleradores de partículas para crear núcleos atómicos inusuales para elementos como el helio, el litio y el nitrógeno . Las estructuras nucleares inusuales de tales isótopos pueden ofrecer información sobre las propiedades aisladas de los neutrones . [ cita requerida ]
El isótopo de vida más corta es el helio-5 con una vida media de 7,6 × 10 −22 segundos. El helio-6 se desintegra emitiendo una partícula beta y tiene una vida media de 0,8 segundos. El isótopo de helio pesado más estudiado es el helio-8. Se cree que este isótopo, así como el helio-6, están formados por un núcleo de helio-4 normal rodeado por un "halo" de neutrones (que contiene dos neutrones en6
Él
y cuatro neutrones en 8
Él
). Los núcleos de halo se han convertido en un área de intensa investigación. Se han confirmado isótopos hasta helio-10, con dos protones y ocho neutrones.10
Él
, a pesar de ser un isótopo doblemente mágico , tiene una vida media muy corta; no está ligado a partículas y casi instantáneamente gotea dos neutrones . [17]
enlaces externos
- Tablas generales : resúmenes de helio y otros núcleos ligeros exóticos
Referencias
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Él
Decaimiento de 18
Nordeste
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