A hidrogén izotópjai
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.[3]
Hidrogén-1 (prócium)
[szerkesztés]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]
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]A ³H vagy trícium magja egy protont és két neutront tartalmaz. Radioaktív, β‒ bomlással 12,32 év felezési idővel hélium-3-má bomlik.[4] 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 (ez irányú 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]A 4H a hidrogén rendkívül instabil izotópja. Magja egy protonból és három neutronból áll. Mesterségesen állították elő, trícium céltárgy gyorsított deutérium magokkal történő bombázásával.[5] 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.[6] Neutronkibocsátással bomlik, felezési ideje (1,39 ± 0,10)·10‒22 másodperc.[7]
Hidrogén-5
[szerkesztés]A 5H a hidrogén rendkívül instabil izotópja. Magja egy protonból és négy neutronból áll. Mesterségesen állították elő trícium gyorsan mozgó trícium magokkal történő bombázásával.[8][9] 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.[7]
Hidrogén-6
[szerkesztés]A 6H három neutron kibocsátásával bomlik. Felezési ideje 3·10‒22 másodperc. 1 protonból és 5 neutronból áll.
Hidrogén-7
[szerkesztés]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.[10]
Hidrogénszerű egzotikus atomok
[szerkesztés]Pozitrónium (Ps vagy e+e‒)
[szerkesztés]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]A müonium részecske egy antimüonból (a müon pozitívan töltött antirészecskéjéből) és egy elektronból álló egzotikus atom,[11] 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).[12]
Táblázat
[szerkesztés]| 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 [>1,1·1034 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]- 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.
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ 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.
- ↑ Korsheninnikov AA. et al. (2003). Experimental Evidence for the Existence of 7H and for a Specific Structure of 8He. Phys Rev Lett 90, 082501.
- ↑ IUPAC. A szervetlen kémia nevezéktana. Cambridge (UK): RSC–IUPAC, 48. o. (2005). ISBN 0-85404-438-8
- ↑ Miessler GL, Tarr DA. (2004). Inorganic Chemistry 3rd ed. Pearson Prentice Hall: Upper Saddle River, NJ, USA
- ↑ 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.
- ↑ AME2003 atomic mass evaluation Archiválva 2008. szeptember 16-i dátummal a Wayback Machine-ben, Atomic Mass Data Center. Accessed on line November 15, 2008.
- ↑ a b p. 27, The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties Archiválva 2011. július 20-i dátummal a Wayback Machine-ben, G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, and A. H. Wapstra, Nuclear Physics A 729 (2003), pp. 3–128.
- ↑ Ter-Akopian: Hydrogen-4 and Hydrogen-5 from t+t and t+d transfer reactions studied with a 57.5-MeV triton beam. [2004. október 15-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2008. november 16.)
- ↑ 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. december 8.). „Superheavy Hydrogen 5H”. Physical Review Letters 87 (9), 92501. o.
- ↑ 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. december 8.). „Experimental Evidence for the Existence of 7H and for a Specific Structure of 8He”. Physical Review Letters 90 (8), 82501. o.
- ↑ muonium, A kémiai terminológia kompendiuma – Arany könyv (internetes kiadás). International Union of Pure and Applied Chemistry
- ↑ Names for muonium and hydrogen atoms and their ions iupac.org (PDF)
Fordítás
[szerkesztés]- 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. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
Források
[szerkesztés]- Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
- Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683–800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) Archiválva 2008. március 5-i dátummal a Wayback Machine-ben.
- Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
- Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties Archiválva 2011. július 16-i dátummal a Wayback Machine-ben, Nuc. Phys. A 729, pp. 3–128 (2003).
- National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (Hozzáférés ideje: Sept. 2005).
- David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.
További információk
[szerkesztés]
- News of hydrogen-7 discovery
- Article on hydrogen-4 and hydrogen-5 (belépés szükséges)
| szabad neutron | A hidrogén izotópjai | A hélium izotópjai |
| Izotópok listája | ||
