El hidrógeno ( 1 H) tiene tres isótopos naturales , a veces denominados 1 H, 2 H y 3 H. Los dos primeros son estables, mientras que el 3 H tiene una vida media de 12,32 años. También hay isótopos más pesados, que son todos sintéticos y tienen una vida media inferior a un zeptosegundo ( 10-21 segundos). De estos, 5 H es el más estable y 7 H es el menos. [1] [2]
| |||||||||||||||||||||||||||||
Peso atómico estándar A r, estándar (H) | [1.007 84 , 1.008 11 ] convencional: 1.008 | ||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
El hidrógeno es el único elemento cuyos isótopos tienen diferentes nombres de uso común en la actualidad: el isótopo 2 H (o hidrógeno-2) es deuterio [3] y el isótopo 3 H (o hidrógeno-3) es tritio . [4] Los símbolos D y T se utilizan a veces para el deuterio y el tritio. La IUPAC acepta los símbolos D y T, pero recomienda en su lugar utilizar símbolos isotópicos estándar ( 2 H y 3 H) para evitar confusiones en la clasificación alfabética de fórmulas químicas . [5] El isótopo ordinario de hidrógeno, sin neutrones , a veces se llama protio . [6] (Durante el estudio inicial de la radiactividad, se les dio nombres a algunos otros isótopos radiactivos pesados , pero esos nombres rara vez se utilizan hoy en día).
Lista de isótopos
Nuclido [7] | Z | norte | Masa isotópica( Da ) [8] [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) | Nota | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Proporción normal | Rango de variación | |||||||||
1 hora | 1 | 0 | 1.007 825 032 24 (9) | Estable [n 6] [n 7] | 1/2 + | 0,999 885 (70) | 0,999 816 -0,999 974 | Protium | ||
2 H (D) [n 8] [n 9] | 1 | 1 | 2.014 101 778 11 (12) | Estable | 1+ | 0,000 115 (70) [n 10] | 0,000 026 -0,000 184 | Deuterio | ||
3 H (T) [n 11] | 1 | 2 | 3.016 049 281 99 (23) | 12,32 (2) años | β - | 3 Él | 1/2 + | Seguimiento [n 12] | Tritio | |
4 H | 1 | 3 | 4.026 43 (11) | 1,39 (10) × 10 −22 s [3,28 (23) MeV ] | norte | 3 H | 2− | |||
5 H | 1 | 4 | 5.035 31 (10) | > 9,1 × 10 −22 s [<0,5 MeV] | 2n | 3 H | (1/2 +) | |||
6 H | 1 | 5 | 6.044 96 (27) | 2,90 (70) × 10 −22 s [1,6 (4) MeV ] | 3n | 3 H | 2− # | |||
4n | 2 H | |||||||||
7 H | 1 | 6 | 7.052 75 (108) # | 2,3 × 10 −23 s | 4n | 3 H | 1/2 + # |
- ^ () - La incertidumbre (1 σ ) se da de forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes.
- ^ Modos de descomposición:
norte: Emisión de neutrones - ^ 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).
- ^ A menos que seproduzca la desintegración de protones .
- ^ Este y 3 He son los únicos nucleidos estables con más protones que neutrones.
- ^ Producido durante la nucleosíntesis del Big Bang .
- ^ Uno de los pocos núcleos extraños estables
- ^ El tanque de hidrógeno tiene2
H
abundancia tan baja como 3,2 × 10 −5 (fracción molar). - ↑ Producido durante la nucleosíntesis del Big Bang, pero no primordial, ya que todos estos átomos se han desintegrado desde entonces a 3 He .
- ^ Cosmogénico
Hidrógeno-1 (Protio)
1 H (masa atómica1.007 825 032 241 (94) Da ) es el isótopo de hidrógeno más común con una abundancia de más del 99,98%. Debido a que el núcleo de este isótopo consta de un solo protón , se le da el nombre formal de protio .
Nunca se ha observado que el protón se descomponga y, por lo tanto, el hidrógeno-1 se considera un isótopo estable. Algunas grandes teorías unificadas propuestas en la década de 1970 predicen que la desintegración de protones puede ocurrir con una vida media entre 10 28 y 10 36 años. [9] Si esta predicción es cierta, entonces el hidrógeno-1 (y de hecho todos los núcleos que ahora se cree que son estables) son solo observacionalmente estables . Hasta la fecha, los experimentos han demostrado que la vida media mínima del protón supera los 10 34 años.
Hidrógeno-2 (Deuterio)
2 H (masa atómica2.014 101 778 11 (12) Da ), el otro isótopo estable de hidrógeno, se conoce como deuterio y contiene un protón y un neutrón en su núcleo. El núcleo del deuterio se llama deuterón. El deuterio comprende 0,0026-0,0184% (por población, no por masa) de las muestras de hidrógeno en la Tierra, con el menor número tiende a encontrarse en muestras de gas hidrógeno y el mayor enriquecimiento (0,015% o 150 ppm) típico del agua del océano. El deuterio en la Tierra se ha enriquecido con respecto a su concentración inicial en el Big Bang y el sistema solar exterior (alrededor de 27 ppm, por fracción de átomo) y su concentración en las partes más antiguas de la Vía Láctea (alrededor de 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, que enriquecen las fracciones de deuterio en los 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 representa un riesgo de toxicidad significativo. El agua enriquecida en moléculas que incluyen deuterio en lugar de protio se llama agua pesada . El deuterio y sus compuestos se utilizan como marcador no radiactivo en experimentos químicos y en disolventes para espectroscopía de 1 H- RMN . 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)
3 H (masa atómica3.016 049 281 99 (23) Da ) se conoce como tritio y contiene un protón y dos neutrones en su núcleo. Es radiactivo, se desintegra en helio-3 a través de la desintegración β− con una vida media de 12,32 años. [10] Las trazas de tritio se producen de forma natural debido a la interacción de los rayos cósmicos con los gases atmosféricos. También se ha liberado tritio durante las pruebas de armas nucleares . Se utiliza en armas de fusión termonuclear, como trazador en geoquímica de isótopos y se especializa en dispositivos de iluminación autoamplificados .
El método más común para producir tritio es bombardear un isótopo natural de litio, litio-6 , con neutrones en un reactor nuclear .
El tritio se utilizó una vez de forma rutinaria en experimentos de marcaje químico y biológico como radiomarcaje . Esto se ha vuelto menos común, pero aún sucede. [11] La fusión nuclear DT utiliza tritio como su principal reactivo, junto con deuterio , liberando energía a través de la pérdida de masa cuando los dos núcleos chocan y se fusionan a altas temperaturas.
Hidrógeno-4
4 H ( la masa atómica es4.026 43 (11) Da ) contiene un protón y tres neutrones en su núcleo. Es un isótopo de hidrógeno muy inestable . Se ha sintetizado en el laboratorio bombardeando tritio con núcleos de deuterio de rápido movimiento . [12] En este experimento, el núcleo de tritio capturó un neutrón del núcleo de deuterio de rápido movimiento. La presencia del hidrógeno-4 se dedujo detectando los protones emitidos. Se descompone a través de la emisión de neutrones en hidrógeno-3 (tritio) con una vida media de aproximadamente 139 ± 10 yoctosegundos (o(1,39 ± 0,10) × 10 −22 segundos). [13]
En la novela satírica de 1955 El ratón que rugió , se le dio el nombre de quadium al isótopo de hidrógeno-4 que impulsaba la bomba Q que el Ducado de Grand Fenwick capturó de los Estados Unidos.
Hidrógeno-5
El 5 H es un isótopo de hidrógeno muy inestable. El núcleo consta de un protón y cuatro neutrones. Se ha sintetizado en el laboratorio bombardeando tritio con núcleos de tritio de rápido movimiento. [12] [14] En este experimento, un núcleo de tritio 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 hidrógeno-5. Se descompone a través de la emisión de neutrones doblesen hidrógeno-3 (tritio) y tiene una vida media de al menos 910 yoctosegundos (9,1 × 10 −22 segundos). [13]
Hidrógeno-6
El 6 H se desintegra mediante la emisión triple de neutrones en hidrógeno-3 (tritio) o la emisión cuádruple de neutrones en hidrógeno-2 (deuterio) y tiene una vida media de 290 yoctosegundos (2,9 × 10 −22 segundos). [13]
Hidrógeno-7
7 H consta de un protón y seis neutrones . Fue sintetizado por primera vez en 2003 por un grupo de ruso, japonés y francés científicos RIKEN 's isótopo radiactivo del haz de fábrica mediante el bombardeo de hidrógeno con helio-8 átomos. En la reacción resultante, los seis neutrones del helio-8 fueron donados al núcleo del hidrógeno. Los dos protones restantes fueron detectados por el "telescopio RIKEN", un dispositivo compuesto por varias capas de sensores, colocados detrás del objetivo del ciclotrón RI Beam. [2] El hidrógeno-7 tiene una vida media de 23 yoctosegundos (2,3 × 10 −23 s ), [15] que es la vida media más corta conocida para cualquier isótopo de cualquier elemento (ver Lista de nucleidos radiactivos por vida media ).
Cadenas de descomposición
La mayoría de los isótopos de hidrógeno pesados se desintegran directamente en 3 H, que luego se desintegra en el isótopo estable 3 He . Sin embargo, ocasionalmente se ha observado que el 6 H se descompone directamente en 2 H.
Los tiempos de descomposición están en yoctosegundos para todos los isótopos excepto el 3 H, que se expresa en años.
Ver también
- Biogeoquímica de isótopos de hidrógeno
- Muonio : actúa como un isótopo ligero exótico de hidrógeno.
- Medios relacionados con los isótopos de hidrógeno en Wikimedia Commons
Referencias
- ^ YB Gurov; et al. (2004). "Espectroscopia de isótopos de hidrógeno superpesados en absorción de piones detenidos por núcleos". Física de los núcleos atómicos . 68 (3): 491–497. Código bibliográfico : 2005PAN .... 68..491G . doi : 10.1134 / 1.1891200 . S2CID 122902571 .
- ^ a b AA Korsheninnikov; et al. (2003). "Evidencia experimental de la existencia de 7 H y de una estructura específica de 8 He". Cartas de revisión física . 90 (8): 082501. Código Bibliográfico : 2003PhRvL..90h2501K . doi : 10.1103 / PhysRevLett.90.082501 . PMID 12633420 .
- ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) " deuterio ". doi : 10.1351 / goldbook.D01648
- ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) " tritium ". doi : 10.1351 / goldbook.T06513
- ^ Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (2005). Nomenclatura de la química inorgánica (Recomendaciones de la IUPAC 2005). Cambridge (Reino Unido): RSC - IUPAC . ISBN 0-85404-438-8 . pag. 48. Versión electrónica.
- ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida online: (2006–) " protium ". doi : 10.1351 / goldbook.P04903
- ^ La vida media, el modo de desintegración, el espín nuclear y la composición isotópica se obtienen en:
Audi, G .; Kondev, FG; Wang, M .; Huang, WJ; Naimi, S. (2017). "La evaluación NUBASE2016 de las propiedades nucleares" (PDF) . Física C china . 41 (3): 030001. Código bibliográfico : 2017ChPhC..41c0001A . doi : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030001 . - ^ Wang, M .; Audi, G .; Kondev, FG; Huang, WJ; Naimi, S .; Xu, X. (2017). "La evaluación de la masa atómica AME2016 (II). Tablas, gráficos y referencias" (PDF) . Física C china . 41 (3): 030003-1–030003-442. doi : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030003 .
- ^ "Grandes teorías unificadas y descomposición de protones", Ed Kearns, Universidad de Boston, 2009, página 15. http://physics.bu.edu/NEPPSR/TALKS-2009/Kearns_GUTs_ProtonDecay.pdf
- ^ GL Miessler; DA Tarr (2004). Química inorgánica (3ª ed.). Pearson Prentice Hall . ISBN 978-0-13-035471-6.
- ^ Pfizer Japón. Agencia de Productos Farmacéuticos y Dispositivos Médicos (Japón) (PDF) . págs. Segundo conjunto, 6–7 https://www.pmda.go.jp/drugs/2021/P20210212001/672212000_30300AMX00231_I100_1.pdf#page=16 . Consultado el 5 de junio de 2021 .
ARNm de LNP etiquetado con [^
{ 3} H]
Falta o vacío|title=
( ayuda ) - ^ a b GM Ter-Akopian; et al. (2002). "Hidrógeno-4 e Hidrógeno-5 de t + t y t + d reacciones de transferencia estudiadas con un haz de tritón de 57,5 MeV". Actas de la conferencia AIP . 610 : 920–924. Código bibliográfico : 2002AIPC..610..920T . doi : 10.1063 / 1.1470062 .
- ^ a b c Audi, Georges; Wapstra, Aaldert Hendrik; Thibault, Catherne; Blachot, Jean; Bersillon, Olivier (2003). "La evaluación de NUBASE de propiedades nucleares y de desintegración" (PDF) . Física Nuclear A . 729 (1): 3–128. Código Bibliográfico : 2003NuPhA.729 .... 3A . CiteSeerX 10.1.1.692.8504 . doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001 . Archivado desde el original (PDF) el 20 de julio de 2011.
- ^ AA Korsheninnikov; et al. (2001). "Hidrógeno superpesado 5 H". Cartas de revisión física . 87 (9): 92501. bibcode : 2001PhRvL..87i2501K . doi : 10.1103 / PhysRevLett.87.092501 . PMID 11531562 .
- ^ "Datos de isótopos de hidrógeno-7 en la tabla periódica" . periodictable.com . Consultado el 7 de febrero de 2020 .
Otras lecturas
- Dumé, B. (7 de marzo de 2003). "Hydrogen-7 hace su debut" . Mundo de la física .