Isótopos de hidrógeno

El hidrógeno (₁H) tiene tres isótopos naturales, a veces denominados ¹
>H
, ²
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y ³
H
. ¹
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y ²
H
son estables, mientras que ³
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tiene una vida media de 12,32(2) años. También existen isótopos más pesados, todos los cuales son sintéticos y tienen una vida media de menos de un zeptosegundo (10⁻²¹ s). De estos, ⁵
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es el menos estable, mientras que <span style="display:inline-block;margin-bottom:-0.3em;vertical-align:

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El hidrógeno es el único elemento cuyos isótopos tienen diferentes nombres que siguen siendo de uso común hoy en día: el ²
>H
_{El isótopo} (o hidrógeno-2) es el deuterio y el ³
>H
(o hidrógeno-3) es el tritio. Los símbolos D y T se utilizan a veces para deuterio y tritio. La IUPAC acepta los símbolos D y T, pero recomienda utilizar símbolos isotópicos estándar ( ²
>H
> y ³
H
) en cambio, para evitar confusión en la clasificación alfabética de fórmulas químicas. El isótopo ¹
H
, sin neutrones, puede ser llamado protio para eliminar la ambigüedad. (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).

Lista de isótopos

Tenga en cuenta que "y" significa "año", pero "ys" significa "yoctosegundo" (10⁻²⁴ segundos).

Hidrogen-1 (protio)

¹
H
(masa atómica 1.007825031898(14) Da) es el isótopo de hidrógeno más común, con una abundancia de más de 99.98%. Debido a que el núcleo de este isótopo consiste sólo en un solo protón, se da el nombre formal protium.

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 entre 10²⁸ y 10³⁶ años. Si se comprueba que esta predicción es cierta, entonces el hidrógeno-1 (y de hecho todos los núcleos que hoy se consideran estables) son sólo observacionalmente estables. A partir de 2018, los experimentos han demostrado que la vida media mínima del protón supera 3,6×10²⁹ años.

Hidrógeno-2 (deuterio)

²
H
(masa atómica 2.014101777844(15) Da), el otro isótopo de hidrógeno estable, se conoce como deuterium y contiene un protón y un neutron en su núcleo. El núcleo del deuteronomio se llama deuteronomio. Deuterium comprende 0,0026–0.0184% (26 ppm o 184 ppm; por población, no por masa) de muestras de hidrógeno en la Tierra, con el menor número que tiende a ser encontrado en muestras de gas de hidrógeno y el mayor enriquecimiento (0.015% o 150 ppm) típico del agua oceánica. El deuterio sobre la Tierra se ha enriquecido con respecto a su concentración inicial en el Big Bang y el sistema solar exterior (aproximadamente 27 ppm, por fracción átomo) y su concentración en partes más antiguas de la Vía Láctea (aproximadamente 0.0023%, o 23 ppm). Presumiblemente la concentración diferencial de deuterio en el sistema solar interior se debe a la menor volatilidad de gas y compuestos deuterio, enriquecendo fracciones de deuterio en cometas y planetas expuestos al calor significativo del Sol sobre billones 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 para ¹
>H
-espectroscopia de resonancia magnética nuclear. El agua pesada se utiliza como moderador de neutrones y refrigerante en los reactores nucleares. El deuterio también es un combustible potencial para la fusión nuclear comercial.

Hidrógeno-3 (tritio)

³
sub style="font-size:inherit;line-height:inherit;vertical-align:baseline">H
(masa atómica 3.016049281320(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 de 12,32(2) años. Trazas de tritio se producen naturalmente 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 de 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. La fusión nuclear D-T utiliza el tritio como reactivo principal, junto con el deuterio, liberando energía mediante la pérdida de masa cuando los dos núcleos chocan y se fusionan a altas temperaturas.

Hidrógeno-4

⁴
sub style="font-size:inherit;line-height:inherit;vertical-align:baseline">H
(masa atómica 4.02643( 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. 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 de 139(10) años (o 1.39(10)×10⁻²² s).

En la novela satírica de 1955 El ratón que rugió, se le dio el nombre quadio al isótopo de hidrógeno-4 que impulsó la bomba Q > que el Ducado de Grand Fenwick capturó a los Estados Unidos.

Hidrógeno-5

⁵
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(masa atómica 5.03531( 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. 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 de 86(6) años (8.6(6)×10⁻²³ s) – la vida media más corta de cualquier nucleido conocido.

Hidrógeno-6

⁶
sub style="font-size:inherit;line-height:inherit;vertical-align:baseline">H
(masa atómica 6.04496( 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 de 294(67) años (2.94(67)×10⁻²² s).

Hidrógeno-7

⁷
sub style="font-size:inherit;line-height:inherit;vertical-align:baseline">H
(masa atómica 7.05275( 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. El hidrógeno-7 tiene una vida media de 652(558) años (6.52(558)×10 ⁻²² s).

Cadenas de descomposición

La mayoría de los isótopos pesados de hidrógeno se desintegran directamente en ³
>H
>, que luego se desintegra al isótopo estable 3He. Sin embargo, ⁶
H
se descompone directamente a estable ²
H
.

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Los tiempos de caída están en yoctosegundos (10⁻²⁴ s) para todos estos isótopos excepto ³
H
, que se expresa en años.