A hidrogén izotópjai

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
A prócium, a hidrogén leggyakoribb izotópja egy protonból és egy elektronból áll. A stabil izotópok közül az egyetlen, amelyben nincs neutron.

A hidrogénnek (H) (atomtömege: 1,00794(7) u) a természetben három izotópja fordul elő, melyeket a következőképpen jelöljük: 1H, ²H és ³H. Mesterségesen további, rendkívül bomlékony magokat is előállítottak (a 4H-től a 7H-ig), de ezek a természetben nem találhatók meg.[1][2]

A hidrogén az egyetlen elem, melynek különböző izotópjaira még ma is gyakran külön nevet használunk. (A radioaktivitás vizsgálatának kezdeti időszakában számos nehéz radioizotópnak adtak nevet, de ezek ma már nemigen használatosak.) A deutériumot és a tríciumot (a ²H és ³H helyett) a D és T vegyjelekkel is szokták jelölni, bár a IUPAC ennek használatát nem javasolja.

Hidrogén-1 (prócium)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A 1H a leggyakoribb hidrogénizotóp, gyakorisága több mint 99,98%. Mivel ennek az izotópnak az atommagja egyetlen protonból áll, a jellemző, de ritkán használt prócium (angolul protium) nevet kapta.

Hidrogén-2 (deutérium)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A ²H vagy deutérium a hidrogén másik stabil izotópja, atommagja egy protont és egy neutront tartalmaz. A deutérium a Földön előforduló hidrogénminták 0,0026–0,0184%-át alkotja (mól- vagy atomtörtben kifejezve): az alacsonyabb érték a gázállapotú hidrogén-előfordulásokra jellemző, a nagyobb dúsulások (0,015% vagy 150 ppm) az óceáni víznél tipikusak. A deutérium nem radioaktív, és nem jelent súlyos mérgezési veszélyt. A (normál hidrogén helyett) deutériumot tartalmazó molekulákban feldúsult vizet nehézvíznek nevezzük. A deutériumot és vegyületeit nem radioaktív nyomjelzőként használják kémiai kísérletekben, valamint 1H-NMR vizsgálatok oldószereiben. A nehézvizet nukleáris reaktorokban neutronlassítónak és hűtőközegként használják. A deutérium a szabályozott magfúzió egyik lehetséges fűtőanyaga.

Hidrogén-3 (trícium)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A ³H vagy trícium magja egy protont és két neutront tartalmaz. Radioaktív, β bomlással 12,32 év felezési idővel hélium-3-má bomlik.[3] A trícium kis mennyiségben megtalálható a természetben, a légköri gázok és a kozmikus sugárzás kölcsönhatásában keletkezik. A nukleáris fegyverkísérletek során is szóródott ki trícium. Felhasználják a termonukleáris fúziós fegyverekben, geokémiai izotópos nyomjelzőként . A tríciumot régebben rutinszerűen alkalmazták kémiai és biológiai nyomjelzéses vizsgálatokban radioaktív nyomjelzőként (ezirányú felhasználása ma már kevésbé gyakori). A D-T magfúzió fő üzemanyaga a trícium és a deutérium. A nagy hőmérsékleten lejátszódó reakció során a magok ütköznek és összeolvadnak, a végtermék magok és a kiindulási állapot közötti tömegkülönbség pedig energia formájában felszabadul.

Hidrogén-4[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A 4H a hidrogén rendkívül instabil izotópja. Magja egy protonból és három neutronból áll. Mesterségesen állították elő, trícium céltárgy gyorsított deutérium magokkal történő bombázásával.[4] Ebben a kísérletben a trícium magok befogták a gyorsan mozgó deutérium magok neutronját. A hidrogén-4 jelenlétére a kibocsátott protonok detektálásával következtettek. Atomtömege 4,02781 ± 0,00011.[5] Neutronkibocsátással bomlik, felezési ideje (1,39 ± 0,10)·10‒22 másodperc.[6]

Hidrogén-5[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A 5H a hidrogén rendkívül instabil izotópja. Magja egy protonból és négy neutronból áll. Mesterségesen állították elő trícium gyorsan mozgó trícium magokkal történő bombázásával.[4][7] Ebben a kísérletben az egyik trícium befogja a másik mag neutronjait, így egy protonból és négy neutronból álló mag keletkezik. A fennmaradó proton detektálható, ebből lehet következtetni a hidrogén-5 jelenlétére. Ez a mag két neutron kibocsátásával bomlik, felezési ideje legalább 9,1·10‒22 másodperc.[6]

Hidrogén-6[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A 6H három neutron kibocsátásával bomlik. Felezési ideje 3·10‒22 másodperc. 1 protonból és 5 neutronból áll.

Hidrogén-7[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A 7H egy protont és hat neutront tartalmaz. Elsőként 2003-ban állította elő orosz, japán és francia tudósokból álló csoport a RIKEN RI Beam Science laboratóriumában, ahol hidrogént bombáztak hélium-8-cal. A reakció során a hélium-8 átadta neutronjait a hidrogénmagnak. A megmaradt két protont a „RIKEN teleszkóppal” detektálták. Ez a berendezés több, az RI Beam ciklotron céltárgya mögött elhelyezett érzékelőrétegből áll.[8]

Hidrogénszerű egzotikus atomok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Pozitrónium (Ps vagy e+e)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A pozitrónium egy pozitronból (az elektron pozitívan töltött antirészecskéjéből) és egy elektronból álló egzotikus atom. A részecske-antirészecske pár annihilációja során 2 vagy több gamma fotonra bomlik.

Müonium (Mu vagy µ+e)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A müonium részecske egy antimüonból (a müon pozitívan töltött antirészecskéjéből) és egy elektronból álló egzotikus atom,[9] a Mu vagy µ+e szimbólummal jelölik. A müon 2 µs élettartama alatt a müonium vegyületbe léphet, mint pl. a müonium-klorid (MuCl) vagy nátrium-müonid (NaMu).[10]

Táblázat[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az izotóp
jele
Z(p) N(n)  
Az izotóp tömege (u)
 
felezési idő magspin jellemző
izotóp-
összetétel
(móltört)
természetes
ingadozás
(móltört)
gerjesztési energia
1H 1 0 1,00782503207(10) STABIL [>2.8·1023 év] 1/2+ 0,999885(70) 0,999816–0,999974
²H 1 1 2,0141017778(4) STABIL 1+ 0,000115(70) 0,000026–0,000184
³H 1 2 3,0160492777(25) 12,32(2) év 1/2+
4H 1 3 4,02781(11) 1,39(10)·10‒22 s [4,6(9) MeV] 2‒
5H 1 4 5,03531(11) >9,1·10‒22 s ? (1/2+)
6H 1 5 6,04494(28) 2,90(70)·10‒22 s [1,6(4) MeV] 2‒#
7H 1 6 7,05275(108)# 2,3(6)·10‒23# s [20(5)# MeV] 1/2+#

Megjegyzések[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Az izotóp-összetétel a vizekben található előfordulásokra vonatkozik.
  • Az izotópok gyakoriságát, valamint az atomtömeg pontosságát az egyes előfordulások közötti eltérések korlátozzák. A megadott tartomány lefedi a Földön előforduló összes szokványos anyagot.
  • A kereskedelmileg hozzáférhető anyagok esetén előfordulhat nem közölt vagy nem szándékos izotópelválasztás. A megadott értékektől lényeges eltérések adódhatnak.
  • A „Tank hydrogen” ²H tartalma egészen 3,2·10‒5 részig (móltört) lecsökkenhet.
  • A # jelölésű értékek nem kizárólag kísérleti adatokból származnak, ezeknél a 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 hydrogen című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Gurov YB, Aleshkin DV, Berh MN, Lapushkin SV, Morokhov PV, Pechkurov VA, Poroshin NO, Sandukovsky VG, Tel'kushev MV, Chernyshev BA, Tschurenkova TD. (2004). Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei. Physics of Atomic Nuclei 68(3):491–497.
  2. Korsheninnikov AA. et al. (2003). Experimental Evidence for the Existence of 7H and for a Specific Structure of 8He. Phys Rev Lett 90, 082501.
  3. Miessler GL, Tarr DA. (2004). Inorganic Chemistry 3rd ed. Pearson Prentice Hall: Upper Saddle River, NJ, USA
  4. ^ a b Hydrogen-4 and Hydrogen-5 from t+t and t+d transfer reactions studied with a 57.5-MeV triton beam, G. M. Ter-Akopian et al., Nuclear Physics in the 21st Century: International Nuclear Physics Conference INPC 2001, American Institute of Physics Conference Proceedings 610, pp. 920-924, doi:10.1063/1.1470062.
  5. AME2003 atomic mass evaluation, Atomic Mass Data Center. Accessed on line November 15, 2008.
  6. ^ a b p. 27, The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties, G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, and A. H. Wapstra, Nuclear Physics A 729 (2003), pp. 3–128.
  7. Korsheninnikov, A. A., M. S. Golovkov, I. Tanihata, A. M. Rodin, A. S. Fomichev, S. I. Sidorchuk, S. V. Stepantsov, M. L. Chelnokov, V. A. Gorshkov, D. D. Bogdanov (2001. november 26.). „Superheavy Hydrogen 5H”. Physical Review Letters 87 (9), 92501. o.  
  8. Korsheninnikov, A. A., E. Y. Nikolskii, E. A. Kuzmin, A. Ozawa, K. Morimoto, F. Tokanai, R. Kanungo, I. Tanihata, N. K. Timofeyuk, M. S. Golovkov (2003. november 26.). „Experimental Evidence for the Existence of 7H and for a Specific Structure of 8He”. Physical Review Letters 90 (8), 82501. o.  
  9. International Union of Pure and Applied Chemistry. "muonium". Compendium of Chemical Terminology Internet edition.
  10. Names for muonium and hydrogen atoms and their ions iupac.org (PDF)

Lásd még[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz A hidrogén izotópjai témájú médiaállományokat.
szabad neutron A hidrogén izotópjai A hélium izotópjai
Izotópok listája