Izotopi vodonika

S Vikipedije, slobodne enciklopedije

Vodonik (H) ima tri izotopa koji se mogu naći u prirodi, ponekad označeni 1H, 2H i 3H. Prva dva su stabilna, dok 3H ima vreme poluraspada od 12.32 godine. Takođe postoje i teži izotopi, koji su svi sintetički i imaju vreme poluraspada manje od jedne zeptosekune (10-21 sekundi). Od ovih 5H je najstabilniji, a 7H najnestabilniji. [1]

Vodonik je jedini element čiji izotopi imaju različita imena u uobičajenoj upotrebi danas: 2H (ili vodonik-2) je deuterijum [2], a 3H (vodonik-3) izotop je tricijum [3]. Za deuterijum i tricijum se ponekad koriste simboli D i T. IUPAC prihvata simbole D i T, ali preporučuje da se umesto toga koriste standardni simboli (2H i 3H), kako bi se izbegla zabuna pri abecednom sortiranju hemijskih formula [4]. Običan izotop vodonika, bez neutrona, ponekad se naziva protijum [5]. (Tokom ranih istraživanja radioaktivnosti, neki drugi teški radioaktivni izotopi su dobijali imena, ali se takva imena retko koriste danas.)

Vodonik-1 (protijum)[uredi | uredi izvor]

1H (atomska masa 1.007825032241(94) U) je najčešći izotop vodonika sa 99,98% zastupljenosti. Zbog toga što se jezgro ovog izotopa sastoji od samo jednog protona, dobilo je formalan naziv protijum.

Proton se nikada nije posmatrao do propadanja, i zbog toga se smatra da je vodonik-1 stabilan izotop. Neke teorije velikog objedinjenja predložene 1970-ih predviđaju da raspad protona može da se dogodi sa vremenom poluraspada između 1031 i 1036 godina. Ako se ustanovi da je ovo predviđanje istinito, onda je vodonik-1 (i svakako sva jezgra za koja se sada smatra da su stabilni) samo “posmatrano” stabilni. Do danas, eksperimenti su pokazali da je minimalno vreme poluraspada protona u višku od 1034 godina.

Vodonik-2 (deuterijum)[uredi | uredi izvor]

2H (atomska masa 2.01410177811(12) U), drugi stabilni izotop vodonika, poznat je kao deuterijum, i u jezgru sadrži jedan proton i jedan neutron. Jezgro deuterijuma se zove deuteron. Deuterijum čini 0.0026 – 0.0184% (populacijom, a ne masom) vodonikovih uzoraka na Zemlji, gde se niži broj pretežno nalazi u uzorcima vodonikovog gasa, a veće obogaćenje (0.015% ili 150 ppm) tipično za morsku vodu. Deuterijum na Zemlji je obogaćen s obzirom na početnu koncentraciju u Velikom prasku i spoljnjem Sunčevom sistemu (oko 27 ppm, frakcijom atoma) i koncentracijom u starijim delovima Mlečnog puta (oko 23 ppm). Pretpostavlja se da je diferencijalna koncentracija deuterijuma u unutrašnjem Solarnom sistemu posledica niže isparljivosti deuterijumovog gasa i jedinjenja, obogaćujući frakcije deuterijuma u kometama i planetama izloženim značajnoj toploti Sunca tokom milijardi godina evolucije Sunčevog sistema.

Deuterijum nije radioaktivan, i ne predstavlja značajnu opasnost od toksičnosti. Voda obogaćena molekulima koji sadrže deuterijum umesto protijuma, zove se teška voda. Deuterijum i njegova jedinjenja se koriste kao neradioaktivna oznaka u hemijskim eksperimentima i rastavaračima za 1H-NMR spektroskopiju. Teška voda se koristi kao neutronski moderator i rashladno sredstvo za nuklearne reaktore. Deuterijum je takođe potencijalno gorivo za komercijalnu nuklearnu fuziju.

Vodonik-3 (tricijum)[uredi | uredi izvor]

3H (atomska masa 3.01604928199(23) U) poznat je kao tricijum, i u jezgru sadrži jedan proton i dva neutrona. Radioaktivan je, raspada se u helijum-3 kroz beta-raspad sa vremenom poluraspada od 12.32 godine.[6] Tragovi tricijuma javljaju se prirodno usled interakcije kosmičkog zračenja sa atmosferskim gasovima. Tricijum se takođe oslobađa tokom testiranja nuklearnih oružja. Koristi se u termonuklearnom fuzionim reaktorima, kao indikator u izotopnoj geohemiji, i specijalizovano u samonapajajućim uređajima za osvetljene.

Najčešća metoda proizvodnje tricijuma je bombardovanje prirodnih izotopa litijuma, litijuma-6, neutronima u nuklearnom reaktoru.

Tricijum je nekada bio rutinski korišćen u hemijskim i biološkim eksperimentima označivanja kao radio-oznaka, što je manje uobičajeno u poslednje vreme. D-T nuklearna fuzija koristi tricijum kao glavni reaktant, zajedno sa deuterijumom, oslobađajući energiju usled gubitka mase prilikom sudara dva jezgra i fuzije pri visokim temperaturama.

Vodonik-4[uredi | uredi izvor]

4H (atomska masa je 4.02643(11) U) sadrži jedan proton i tri neutrona u svom jezgru. To je veoma nestabilan izotop vodonika. Sintetiše se u laboratoriji bombardovanjem tricijuma brzim jezgrima vodonikovog izotopa deuterijuma. U ovom eksperimentu, jezgro tricijuma prima neutron iz brzog jezgra deuterijuma.[7] O prisustvu vodonika-4 zaključujemo na osnovu detekcije emitovanog protona. On se raspada kroz emisiju neutrona u vodonik-3 (tricijum) sa vremenom poluraspada od oko 139 ± 10 joktosekundi (ili (1.39 ± 0.10) × 10-22 sekundi).

Vodonik-5[uredi | uredi izvor]

5H je veoma nestabilan izotop vodonika. Jezgro sadrži jedan proton i četiri neutrona. Sintetiše se u laboratoriji bombardovanjem tricijuma brzim jezgrima tricijuma.[7][8] U ovom eksperimemntu jedno jezgro tricijuma vezuje dva neutrona od drugog pri čemu nastaje jezgo s jednim protonom i četiri neutrona. Preostali proton je moguće detektovati i tako zaključujemo o postojanju vodonika-5. Raspada se prilikom dvostruke emisije neutrona na vodonik-3 (tricijum) i ima vreme poluraspada od najmanje 910 joktosekundi (9.1 × 10-22 sekundi).

Vodonik-6[uredi | uredi izvor]

6H raspada se ili prilikom trostrukog zračenja neutronima na vodonik-3 (tricijum) ili četvorostrukog neutronskog zračenja na vodonik-2 (deuterijum) i ima vreme poluraspada od 290 joktosekundi (2.9 × 10-22 sekundi).

Vodonik-7[uredi | uredi izvor]

7H sastoji se od jednog protona i šest neutrona. Prvi put je sintetizovan 2003. godine od strane grupe ruskih, japanskih i francuskih naučnika u RIKEN-ovoj fabrici za radioaktivne izotope bombardovanjem vodonika atomom helijuma-8. U rezultujućoj reakciji svih 6 neutrona helijuma-8 preuzima jezgro vodonika. Dva preostala protona su registrovana RIKEN teleskopom, uređajem koji se sastoji od više nivoa senzora, postavljenih iza cilja RI Beam ciklotrona. Vodonik-7 ima period poluraspada od 23 joktosekunde (2.3 × 10-23 sekundi).[9]

Lanci raspada[uredi | uredi izvor]

Većina teških vodonikovih izotopa raspada se direktno na 3H, koji se onda raspada na stabilni izotop 3He. Ipak, 6H se ponekad raspad na 2H.

Periodi raspada su u joktosekundama za sve izotope osim 3H, koji je izražen u godinama.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Gurov, Yu. B.; Aleshkin, D. V.; Behr, M. N.; Lapushkin, S. V.; Morokhov, P. V.; Pechkurov, V. A.; Poroshin, N. O.; Sandukovsky, V. G.; Tel’kushev, M. V. (mart 2005). „Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei”. Physics of Atomic Nuclei (na jeziku: engleski). 68 (3): 491—497. ISSN 1063-7788. doi:10.1134/1.1891200. 
  2. ^ Nič, Miloslav; Jirát, Jiří, ur. (2009-06-12), deuterium (na jeziku: engleski) (2.1.0 izd.), IUPAC, ISBN 978-0-9678550-9-7, doi:10.1351/goldbook.d01648, Pristupljeno 2020-04-21 
  3. ^ Nič, Miloslav; Jirát, Jiří, ur. (2009-06-12), tritium (na jeziku: engleski) (2.1.0 izd.), IUPAC, ISBN 978-0-9678550-9-7, doi:10.1351/goldbook.t06513, Pristupljeno 2020-04-21 
  4. ^ Nomenclature of inorganic chemistry. IUPAC recommendations 2005. Connelly, N. G., Royal Society of Chemistry (Great Britain), International Union of Pure and Applied Chemistry. Cambridge: Royal Society of Chemistry. 2005. ISBN 978-0-85404-438-2. OCLC 60838140. 
  5. ^ Nič, Miloslav; Jirát, Jiří, ur. (2009-06-12), protium (na jeziku: engleski) (2.1.0 izd.), IUPAC, ISBN 978-0-9678550-9-7, doi:10.1351/goldbook.p04903, Pristupljeno 2020-04-21 
  6. ^ Miessler, Gary L., 1949- (2004). Inorganic chemistry. Tarr, Donald A. (Donald Arthur), 1932-2006. (3rd izd.). Upper Saddle River, N.J.: Pearson Education. ISBN 0-13-035471-6. OCLC 52165864. 
  7. ^ a b Ter-Akopian, G. M.; Oganessian, Yu. Ts.; Bogdanov, D. D.; Fomichev, A. S.; Golovkov, M. S.; Rodin, A. M.; Sidorchuk, S. I.; Slepnev, R. S.; Stepantsov, S. V. (2002). „Hydrogen-4 and Hydrogen-5 from t+t and t+d transfer reactions studied with a 57.5-MeV triton beam”. AIP Conference Proceedings (na jeziku: engleski). Berkeley. California (USA): AIP. 610: 920—924. doi:10.1063/1.1470062. 
  8. ^ Korsheninnikov, A. A.; Golovkov, M. S.; Tanihata, I.; Rodin, A. M.; Fomichev, A. S.; Sidorchuk, S. I.; Stepantsov, S. V.; Chelnokov, M. L.; Gorshkov, V. A. (2001-08-13). „Superheavy Hydrogen H 5”. Physical Review Letters (na jeziku: engleski). 87 (9): 092501. ISSN 0031-9007. doi:10.1103/PhysRevLett.87.092501. 
  9. ^ „Table 1: Characteristics of the HIV-1 isolates retrieved from the Los Alamos sequence data base.”. dx.doi.org. Pristupljeno 2020-04-21. 


Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Изотопи_водоника&oldid=26889662”