Izotopy vodíku

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání

Vodík (H) má tři přírodní izotopy označované 1H, 2H a 3H. První dva jsou stabilní, 3H má poločas přeměny 12,32 let. Všechny těžší izotopy byly připraveny uměle a mají poločas kratší než 1 zeptosekunda (10-21 s). Z nich je nejstabilnější 5H a nejméně stabilní 7H.[1][2]

Vodík je jediný prvek, jehož izotopy mají „triviální“ názvy, které jsou stále běžně používány. 2H je často nazýván deuterium nebo těžký vodík a 3H má pojmenování tritium nebo velmi těžký vodík. Nejjednodušší izotop vodíku, který nemá v jádru neutrony, se nazývá protium.

Vodík-1 (protium)[editovat | editovat zdroj]

1H (hmotnost atomu 1,007 825 04(7) u) je nejběžnější izotop vodíku, zaujímá více než 99,98 % vodíkových atomů v přírodě. Protože se jeho jádro skládá pouze z protonu, nazývá se také protium.

Rozpad protonu nebyl nikdy pozorován a vodík-1 je tedy považován za stabilní nuklid. Podle některých teorií velkého sjednocení navržených v 70. letech 20 století by se měl rozpadat s poločasem 1031 až 1036 let. Pokud je tato předpověď pravdivá, pak by byl vodík-1 (a všechna další atomová jádra) pouze pozorovatelně stabilní.

Vodík-2 (deuterium)[editovat | editovat zdroj]

Související informace naleznete také v článku deuterium.

Model atomu deuteria

2H (hmotnost atomu 2,013 553 212 724(78) u), další stabilní izotop, je známý jako deuterium a v jádru má jeden proton a jeden neutron. Jádro deuteria se nazývá deuteron. Deuterium zaujímá 0,002 6 až 0,018 4 procent přírodního vodíku (podle počtu atomů), největší výskyt bývá obvykle v mořské vodě. Toto zastoupení je větší, než je ve vesmíru obvyklé (kolem 27 ppm). Jeho vyšší koncentrace ve vnitřní sluneční soustavě je způsobena nižší těkavostí 2H a jeho sloučenin oproti 1H; kvůli vyšší molární hmotnosti se totiž pomaleji vypařovaly působením slunečního záření.

Pro tento izotop se někdy používá chemická značka D.

Deuterium není radioaktivní ani toxické. Voda obohacená o molekuly s deuteriem místo protia se nazývá těžká voda (D2O). Existuje rovněž polotěžká voda (HDO), jejíž molekula má deuteriem nahrazený jen jeden atom protia. Sloučeniny deuteria se používají jako rozpouštědla v NMR spektroskopii. Těžká voda slouží jako moderátor neutronů a chladivo jaderných reaktorů. Deuterium je také možným zdrojem energie v komerční jaderné fúzi.

Vodík-3 (tritium)[editovat | editovat zdroj]

Související informace naleznete také v článku tritium.

Model atomu tritia

3H (hmotnost atomu 3,016 049 2  u) se také nazývá tritium a v jeho jádru (nazývaném triton) se nachází proton a dva neutrony. Někdy se pro něj používá značka T. Je radioaktivní, podléhá beta minus přeměněpoločasem 12,32 let.[3]

V malém množství se vyskytuje v přírodě, neboť vzniká reakcí kosmického záření s plyny v atmosféře. Tritium bylo rovněž uvolněno při testech jaderných zbraní. Použití nalézá v izotopové geochemii, termonukleárních zbraních a jako trvalý zdroj světla. S kyslíkem vytváří tritiovou (supertěžkou) vodu.

Nejčastěji se tritium vyrábí z přírodního izotopu lithia, lithia-6 reakcí s neutrony v jaderném reaktoru.

deuterium-tritiové fúzi se tritium společně s deuteriem využívá k získávání energie skrz úbytek hmotnosti při srážce a následné fúzi za vysoké teploty.

Vodík-4[editovat | editovat zdroj]

4H (hmotnost atomu 4,026 43(11) u) má v jádru tři neutrony. Jedná se o velmi nestabilní izotop, který byl připraven v laboratoři bombardováním tritia rychlými jádry deuteria.[4] V tomto experimentu tritiové jádro zachytilo neutron z rychlého deuteronu. Přítomnost vodíku-4 byla odvozena z detekce zbylého protonu.[5]

4H se rozpadá vyzářením neutronu za vzniku tritia, s poločasem 1,39±0,10×10-22 s.[6]

Vodík-5[editovat | editovat zdroj]

5H je vysoce nestabilní izotop vodíku, jeho jádro obsahuje 4 neutrony. Byl připraven v laboratoři bombardováním tritia rychlými jádry tritia.[4][7] V tomto experimentu tritiové jádro zachytilo dva neutrony z rychlého tritonu. Přítomnost vodíku-5 byla odvozena z detekce zbylého protonu.

5H se rozpadá dvojitým vyzářením neutronu za vzniku tritia, s poločasem nejméně 9,1×10-22 s.[6]

Vodík-6[editovat | editovat zdroj]

6H se rozpadá trojitým vyzářením neutronu na tritium nebo čtyřnásobným na deuterium s poločasem 2,9×10-22 s.[6]

Vodík-7[editovat | editovat zdroj]

7H se skládá z protonu a šesti neutronů. Poprvé byl syntetizován roku 2003 skupinou ruských, japonských a francouzských vědců v laboratořích RIKEN bombardováním vodíku atomy helia-8, kdy všech 6 neutronů bylo předáno vodíku.[2] Vodík-7 má poločas přeměny 2,3×10-23 s.[6]

Rozpadové řady[editovat | editovat zdroj]

Většina radioizotopů vodíku se přeměňuje přímo na tritium, jež se následně mění na stabilní helium-3.

Poločas přeměny 3H je vyjádřen v rocích, u ostatních izotopů v yoctosekundách (10-24 s).

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Isotopes of hydrogen na anglické Wikipedii.

  1. Y. B. Gurov. Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei. Physics of Atomic Nuclei. 2004, s. 491–497. DOI:10.1134/1.1891200. Bibcode:2005PAN....68..491G. (anglicky) 
  2. a b A. A. Korsheninnikov. Experimental Evidence for the Existence of 7H and for a Specific Structure of 8He. Physical Review Letters. 2003, s. 082501. DOI:10.1103/PhysRevLett.90.082501. Bibcode:2003PhRvL..90h2501K. (anglicky) 
  3. G. L. Miessler; D. A. TARR. Inorganic Chemistry. 3rd. vyd. [s.l.]: Pearson Prentice Hall, 2004. ISBN 978-0-13-035471-6. (anglicky) 
  4. a b G. M. Ter-Akopian. Hydrogen-4 and Hydrogen-5 from t+t and t+d transfer reactions studied with a 57.5-MeV triton beam. AIP Conference Proceedings. 2002, s. 920. DOI:10.1063/1.1470062. (anglicky) 
  5. M. Wang; G. AUDI; A. H. WAPSTRA; F. G. KONDEV; M. MACCORMICK; X. XU; B. PFEIFFER. The Ame2012 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references. Chinese Physics C. 2012, s. 7. Dostupné online [cit. 2017-02-26]. DOI:10.1088/1674-1137/36/12/003. (anglicky)  Archivováno 14. 2. 2017 na Wayback Machine
  6. a b c d G. Audi; A. H. WAPSTRA; C. THIBAULT; J. BLACHOT; O. BERSILLON. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. Nuclear Physics A. 2003, s. 3–128. Dostupné online [cit. 2017-02-26]. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. (anglicky)  Archivováno 20. 7. 2011 na Wayback Machine
  7. A. A. Korsheninnikov. Superheavy Hydrogen 5H. Physical Review Letters. 2001, s. 92501. DOI:10.1103/PhysRevLett.87.092501. Bibcode:2001PhRvL..87i2501K. (anglicky)