A hélium izotópjai

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

Bár a héliumnak (He, standard atomtömeg: 4,002602(2) u) nyolc ismert izotópja van, ezek közül csak a hélium-3 és a hélium-4 stabil. A Föld légkörében egymillió 4He atomra jut egy atom 3He.[1] A hélium izotóp-összetétele ugyanakkor – az általánostól eltérően – nagyban függ a származási helytől. A csillagközi térben a 3He részaránya mintegy százszorosa a fent említettnek.[2] A földkéreg kőzeteiben izotóp-összetétele akár tízszeres eltérést is mutathat – a geológiában ezt felhasználják a kőzetek eredetének és a földköpeny összetételének vizsgálatára.[3]

A leggyakoribb izotóp, a 4He a Földön a nehéz radioaktív elemek alfa-bomlásakor keletkezik – az alfa-részecskék ugyanis kétszeresen ionizált 4He atomok. A 4He atommagja kivételesen stabil, mivel benne a nukleonok lezárt héjakat alkotnak. Az ősrobbanáskori nukleoszintézis során is hatalmas mennyiségben jött létre. A hélium két stabil izotópjának eltérő gyakoriságát a különböző keletkezési mód okozza.

0,8 K alatt a 3He-at és 4He-et egyenlő arányban tartalmazó folyadék a két izotóp különbözősége miatt két, egymással nem elegyedő fázisra válik szét (a két izotópra különböző kvantumstatisztika vonatkozik: a 4He bozon, míg a 3He fermion).[4] A hígításos hűtés során felhasználják, hogy a két izotóp nem elegyedik egymással, így néhány millikelvin hőmérséklet érhető el. A Földön a 3He csak nyomokban fordul elő, ennek nagy része a Föld keletkezése óta jelen van, bár kisebb mennyiség a kozmikus porban kötve is hull a Földre.[3] Nyomnyi mennyiség keletkezik a trícium béta-bomlása során is.[5] A csillagokban több 3He található, ez a magfúzió során keletkezik. A bolygóközi anyag, például a holdi és aszteroida regolitok nyomokban tartalmaznak 3He-at, mely a napszéllel kerül beléjük.

Egzotikus héliumizotópok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az egzotikus héliumizotópok atomtömege a természetes héliuménál nagyobb. Bár mindegyik egzotikus héliumizotóp egy másodpercnél rövidebb felezési idővel bomlik, a kutatók részecskegyorsítós ütközésekben előállították a kis rendszámú elemek, mint pl. a hélium, lítium és nitrogén szokatlan atommagjait. Ezen izotópok furcsa atommagszerkezete bepillantást adhat a neutronok izolált tulajdonságaiba.

A legrövidebb életű izotóp a hélium-5: felezési ideje 7,6·10‒22 másodperc. A hélium-6 béta-bomló, 0,8 másodperces felezési idővel. A hélium-7 is béta-részecskét bocsát ki, de emellett gamma-sugárzó is. A legalaposabban vizsgált egzotikus héliumizotóp a hélium-8. Úgy gondolják, hogy ez az izotóp - a hélium-6-hoz hasonlóan - egy hélium-4 magból és az azt körülvevő neutron „haló”-ból áll (a 6He esetén ezt két, a 8He-nél négy neutron alkotja). A hélium-7 és hélium-8 egyes magreakciók során is keletkezhet mint magtöredék.[6] A hélium izotópjainak létezését hélium-10-ig megerősítették.

Hélium-2 (diproton)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hélium-2 a hélium hipotetikus izotópja, amely elméleti számítások szerint létezne, ha az erős kölcsönhatás 2%-kal erősebb volna.

Táblázat[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

nuklid
jele
Z(p) N(n) izotóp tömege (u) felezési idő magspin jellemző
izotóp-
összetétel
(móltört)
természetes
ingadozás
(móltört)
megjegyzés
3He 2 1 3,0160293191(26) STABIL 1/2+ 0,00000134(3) 4,6·10‒10–0,000041
4He 2 2 4,00260325415(6) STABIL 0+ 0,99999866(3) 0,999959–1
5He 2 3 5,01222(5) 700(30)·10‒24 s [0,60(2) MeV] 3/2‒
Nagyon instabil, 4He-gyé bomlik.
6He 2 4 6,0188891(8) 806,7(15) ms 0+
7He-ből vagy 11Li-ből keletkezik, béta-bomlással 6Li-tá alakul.
7He 2 5 7,028021(18) 2,9(5)·10‒21 s [159(28) keV] (3/2)‒
Nagyon instabil, 6He-tá bomlik.
8He 2 6 8,033922(7) 119,0(15) ms 0+
9He-ből keletkezik, béta-bomlással 7Li-té alakul, majd kibocsát egy késleltetett neutront.
9He 2 7 9,04395(3) 7(4)·10‒21 s [100(60) keV] 1/2(‒#)
Nagyon instabil, 8He-ra bomlik.
10He 2 8 10,05240(8) 2,7(18)·10‒21 s [0,17(11) MeV] 0+
Nagyon instabil, 9He-re bomlik.

Megjegyzések[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Az izotóp-összetétel a levegőbeli előfordulásra vonatkozik.
  • Az izotópok gyakoriságát, valamint az atomtömeg pontosságát az egyes előfordulások közötti eltérések korlátozzák. A megadott tartomány lefedi a Földön előforduló összes szokványos anyagot.
  • Ismeretesek olyan geológiai minták, amelyek izotóp-összetétele a szokásos értékeken kívül van. Az atomtömeg bizonytalansága ezeknél meghaladhatja a jelzett hibahatárt.
  • A # jelölésű értékek nem kizárólag kísérleti adatokból származnak, ezeknél rendszeres tendenciákat is figyelembe vettek. A gyenge asszignációs argumentumú spineket zárójelben jelöltük.
  • A bizonytalanságokat rövid formában – a megfelelő utolsó számjegy után zárójelben – adjuk meg. A bizonytalanság értéke egy standard deviációnak felel meg, leszámítva a IUPAC által megadott izotóp-összetételt és standard atomtömeget, melyeknél kiterjesztett bizonytalanságot használunk.

Hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ez a szócikk részben vagy egészben az Isotopes of helium című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Emsley, John. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford: Oxford University Press, 2001. Page 178. ISBN 0-19-850340-7
  2. [1], ingentaconnect.com, Retrieved 5 January 2007
  3. ^ a b Helium Fundamentals
  4. The Encyclopedia of the Chemical Elements, page 264
  5. Periodic Table of Elements: Li - Lithium (EnvironmentalChemistry.com)
  6. The Encyclopedia of the Chemical Elements, page 260

Lásd még[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • General Tables – abstracts for helium and other exotic light nuclei
A hidrogén izotópjai A hélium izotópjai A lítium izotópjai
Izotópok listája