El hidrógeno ( 1 H) tiene tres isótopos naturales , a veces denominados1
h
,2
h
, y3
h
.1
h
y2
h
son estables, mientras3
h
tiene una vida media de12,32(2) años. [3] [nb 1] También existen isótopos más pesados, todos los cuales son sintéticos y tienen una vida media de menos de un zeptosegundo (10 −21 s). [4] [5]
De estos,5
h
es el menos estable, mientras que7
h
es lo mas.
El hidrógeno es el único elemento cuyos isótopos tienen diferentes nombres que siguen siendo de uso común en la actualidad: el2
h
(o hidrógeno-2) es el deuterio [6] y el isótopo3
h
(o hidrógeno-3) el isótopo es el tritio . [7] 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 utilizar símbolos isotópicos estándar (2
h
y3
h
) en lugar de evitar confusión en la clasificación alfabética de fórmulas químicas . [8] El isótopo1
h
, sin neutrones , puede llamarse protio para eliminar la ambigüedad. [9] (Durante los primeros estudios de la radiactividad, se dieron nombres a algunos otros isótopos radiactivos pesados , pero esos nombres rara vez se utilizan en la actualidad).
Tenga en cuenta que "y" significa "año", pero "ys" significa " yoctosegundo " (10 −24 segundos).
1
h
(masa atomica1.007 825 031 898 (14) Da ) es el isótopo de hidrógeno más común, con una abundancia superior al 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 desintegre 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 entre10 28 y10 36 años. [13] Si se determina que esta predicción es cierta, entonces el hidrógeno-1 (y de hecho todos los núcleos que ahora se consideran estables) son sólo observacionalmente estables . A partir de 2018 [actualizar], los experimentos han demostrado que la vida media mínima del protón supera3,6 × 10 29 años. [14]
2
h
(masa atomica2,014 101 777 844 (15) Da ), el otro isótopo estable del 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 entre el 0,0026% y el 0,0184% (26 ppm o 184 ppm; por población, no por masa) de muestras de hidrógeno en la Tierra, y el número más bajo 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 atómica) y su concentración en partes más antiguas de la Vía Láctea (alrededor del 0,0023 %, o 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, enriqueciendo fracciones de deuterio en cometas y planetas expuestos a una cantidad significativa de calor 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 para1
h
- Resonancia magnética nuclear espectroscópica . El agua pesada se utiliza como moderador de neutrones y refrigerante en los reactores nucleares. El deuterio es también un combustible potencial para la fusión nuclear comercial .
3
h
(masa atomica3.016 049 281 320 (81) Da ) se conoce como tritio y contiene un protón y dos neutrones en su núcleo. Es radiactivo y se desintegra en helio-3 mediante la desintegración β- con una vida media de12,32(2) años . [nb 1] [3] Se producen trazas de tritio 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 está especializado en dispositivos de iluminación autoalimentados .
El método más común para producir tritio es bombardear un isótopo natural del litio, el litio-6 , con neutrones en un reactor nuclear .
El tritio se puede utilizar en experimentos de marcado químico y biológico como trazador radiactivo . [15] [16] La fusión nuclear DT utiliza el tritio como principal reactivo, junto con el deuterio , liberando energía mediante la pérdida de masa cuando los dos núcleos chocan y se fusionan a altas temperaturas.
4
h
( masa atomica 4.026 43 (11) ) contiene un protón y tres neutrones en su núcleo. Es un isótopo de hidrógeno altamente inestable . Se ha sintetizado en el laboratorio bombardeando tritio con núcleos de deuterio que se mueven rápidamente . [17] En este experimento, el núcleo de tritio capturó un neutrón del núcleo de deuterio que se movía rápidamente. La presencia del hidrógeno-4 se dedujo detectando los protones emitidos. Se desintegra mediante emisión de neutrones en hidrógeno-3 (tritio) con una vida media de139(10) años (o1,39(10) × 10 −22 s ).
En la novela satírica de 1955 El ratón que rugió , se le dio el nombre de quadio al isótopo de hidrógeno-4 que impulsó la bomba Q que el Ducado de Grand Fenwick capturó de los Estados Unidos.
5
h
( masa atomica 5.035 31 (10) ) es un isótopo de hidrógeno altamente inestable. El núcleo está formado por un protón y cuatro neutrones. Se ha sintetizado en el laboratorio bombardeando tritio con núcleos de tritio que se mueven rápidamente. [17] [18] En este experimento, un núcleo de tritio captura dos neutrones del otro, convirtiéndose en un núcleo con un protón y cuatro neutrones. Se podrá detectar el protón restante y deducir la existencia de hidrógeno-5. Se desintegra mediante doble emisión de neutrones en hidrógeno-3 (tritio) y tiene una vida media de86(6) años (8,6 (6) × 10 −23 s ): la vida media más corta de cualquier nucleido conocido. [3]
6
h
( masa atomica 6.044 96 (27) ) consta de un protón y cinco neutrones . Se desintegra mediante emisión triple de neutrones en hidrógeno-3 (tritio) o emisión cuádruple de neutrones en hidrógeno-2 (deuterio) y tiene una vida media de294(67) años (2,94(67) × 10 −22 s ).
7
h
( masa atomica 7.052 75 (108) ) consta de un protón y seis neutrones . Fue sintetizado por primera vez en 2003 por un grupo de científicos rusos, japoneses y franceses en la Fábrica de Haces de Isótopos Radiactivos de RIKEN bombardeando hidrógeno con átomos de helio-8 . En la reacción resultante, los seis neutrones de helio-8 fueron donados al núcleo de hidrógeno. Los dos protones restantes fueron detectados por el "telescopio RIKEN", un dispositivo compuesto por varias capas de sensores, colocado detrás del objetivo del ciclotrón RI Beam. [5] El hidrógeno-7 tiene una vida media de652(558) años (6,52(558) × 10 −22 s ). [3]
La mayoría de los isótopos pesados de hidrógeno se desintegran directamente para3
h
, que luego se desintegra al isótopo estable3Él. Sin embargo,6
h
Ocasionalmente se ha observado que se desintegra directamente a estado estable.2
h
.
Los tiempos de caída están en yoctosegundos (10 −24 s ) para todos estos isótopos excepto3
h
, que se expresa en años.
Medios relacionados con los isótopos del hidrógeno en Wikimedia CommonsARNm de LNP marcado con
[
3H ]
![{\displaystyle {\begin{array}{rcl}\\{\ce {^{3}_{1}H}}&{\ce {->[12.32\ {\ce {y}}]}}& {\ce {{^{3}_{2}Él}+e^{-}}}\\{\ce {^{4}_{1}H}}&{\ce {->[139\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{^{1}_{0}n}}}\\{\ce {^{5} _{1}H}}&{\ce {->[86\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{2_{0}^ {1}n}}}\\{\ce {^{6}_{1}H}}&{\ce {->[294\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{ ^{3}_{1}H}+{3_{0}^{1}n}}}\\{\ce {^{6}_{1}H}}&{\ce {->[294 \ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{2}_{1}H}+{4_{0}^{1}n}}}\\{\ce {^{7 }_{1}H}}&{\ce {->[652\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{4_{0} ^{1}n}}}\\{}\end{array}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ffe7273e43be389ade37cbbc0ef6d631af261fe1)