Anexo:Isótopos de hidrógeno

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El protio es el isótopo más común del hidrógeno; está compuesto únicamente de un protón y un electrón. Es el único de todos los isótopos estables que no posee neutrones.

El hidrógeno tiene tres isótopos naturales, algunas veces se les denomina como 1H, 2H y 3H, también conocidos como protio, deuterio y tritio, respectivamente. Se ha logrado sinterizar en laboratorios otros radioisótopos que van desde el 4H al 7H. El más estable de todos los radioisótopos del hidrógeno es el tritio, el cual posee una vida media de 12.32 años. Todos los demás isotopos más pesados que el tritio son sintetizados y tienen una vida media menos a un Zeptosegundo (10-21 segundos), de estos, el 5H es el más estable y el más inestable es el 7H[1] [2]

El hidrógeno es el único elemento que tiene diferentes nombres para sus isótopos en el uso corriente. El 2H (también H-2 o hidrógeno-2) es más comúnmente referido como deuterio mientras que el 3H (también H-3 o hidrógeno-3) es más aludido como tritio, también es común referirse a estos isótopos con los símbolos de D y T (en lugar de 2H y 3H) como si fueran elementos químicos puros; sin embargo la IUPAC ha declarado que si bien esta forma de referirse a estos isótopos es común, no es recomendable. Al átomo de hidrógeno que no contiene un neutrón en su núcleo se le conoce como protio; sin embargo se le conoce más como simplemente hidrógeno o hidrógeno-1. (Durante los primeros estudios sobre radioactividad, a algunos radioisótopos pesados también se les conocía con un nombre particular; sin embargo, esos nombres son raramente usados en la actualidad).

Masa atómica estándar 1.00782504(7) u.

Protio[editar]

El protio, hidrógeno-1, 1H o1H, es el más común de todos los isótopos estables de hidrógeno, con una abundancia natural de más del 99.98%. Debido a que su núcleo está compuesto de un único protón se le da el nombre descriptivo de protio; sin embargo este nombre es poco usado en la práctica, a diferencia de los nombres de los otros isótopos del hidrógeno.

Deuterio[editar]

El deuterio, hidrógeno-2, 2H o 2H, es otro de los isótopos estables de hidrógeno; su núcleo atómico está compuesto por un protón y un neutrón en su núcleo. El deuterio comprende del 0.0026 - 0.0184% (en población, no en masa) de todo el hidrógeno terrestre, el porcentaje más bajo tiende a ser encontrado en el hidrógeno gaseoso, mientras que las concentraciones más ricas (0.015% o 150 ppm) tienden a encontrarse en el agua de mar. Este isótopo no es radioactivo y no representa un riesgo significativo de toxicidad. Las moléculas de agua que contienen deuterio en lugar de protio se les conoce como agua pesada, si la molécula solo contiene un átomo de deuterio y otro de protio se le conoce como agua semipesada.

El deuterio y sus componentes son usados como "etiquetas" o "marcadores" no radioactivos en experimentos químicos o en solventes para 1H-Espectroscopia NMR. El agua pesada es utilizada como un moderador de neutrones y un refrigerante en reactores nucleares. El deuterio es también un combustible potencia para la fusión nuclear comercial. El número másico del deuterio es de 2.014707

Tritio[editar]

El tritio, hidrógeno-3, 3H, 3H, es el tercer y último isótopo natural del hidrógeno; está compuesto por un protón y dos neutrones en su núcleo atómico. Este isótopo es radioactivo, decae a Helio-3 mediante desintegración beta, tiene una vida media de 12.32 años.[3] Pequeñas trazas de tritio se producen naturalmente debido a la interacción de rayos cósmicos con los gases atmosféricos, también puede ser producido durante pruebas nucleares. Es usado en armas de fusión termonuclear, como un trazador en la geoquímica de isótopos y especialmente en dispositivos de iluminación autoalimentados. El método más común para producir tritio es bombardeando un isótopo natural de litio, el litio-6, con neutrones en un reactor nuclear.

El tritio es usado frecuentemente en marcaciones químicas y biológicas como un marcador radioactivo. La fusión nuclear D-T utiliza al tritio como el principal reactivo, junto con el deuterio, liberando energía a través de la pérdida de masa cuando los dos núcleos chocan y se fusionan a temperaturas altísimas.

El agua que contiene átomos de tritio en lugar de protio se llama agua superpesada o agua tritiada, y a la mezcla que contiene un átomo de deuterio y otro de tritio se le denomina agua semi- superpesada.

Esquema de los tres isótopos naturales del hidrógeno, de izquierda a derecha: protio, deuterio y tritio.

Hidrógeno-4[editar]

El hidrógeno-4, 4H o 4H, es el isótopo sintético de hidrógeno de menor masa, posee un protón y tres neutrones en su núcleo, este isótopo es altamente inestable. Se ha sintetizado en laboratorios mediante el bombardeo de átomos de tritio con núcleos de deuterio a alta velocidad.[4] Es estos experimentos, el núcleo de tritio captura neutrones que provienen de los núcleos de deuterio que se mueven a alta velocidad. Su masa atómica es de 4.02781 ± 0.00011 u.[5] Decae mediante emisión de neutrones y tiene una vida media de (1.39 ± 0.10) × 10−22 segundos.[6]

Hidrógeno-4.1 (Helio muonico)[editar]

El helio muonico o hidrógeno 4.1, es creado mediante la substitución de uno de los electrones del Helio-4 por un muon. El muon órbita el núcleo mucho más cerca de lo que lo hace el electrón, por lo que, teóricamente el helio muonico se puede ser considerado como un isótopo de hidrógeno cuyo núcleo consistiría de 2 neutrones, 2 protones y un muon, con un único electrón orbitando el núcleo. Un muon pesa alrededor de 0.1u, de ahí el nombre de hidrógeno-4.1. El hidrógeno-4.1 puede enlazarse con otros átomos, y se comporta más como un átomo de hidrógeno que como uno de helio (el cual es normalmente inerte).[7]

Hidrógeno-5[editar]

El hidrógeno-5, 5H o 5H, es un isótopo altamente inestable del hidrógeno; su núcleo está compuesto de un protón y 4 neutrones. Se produce sinteticamente en laboratorios mediante el bombardeo de tritio con núcleos de tritio de alta velocidad.[4] [8] En estos experimentos, uno de los núcleos de tritio captura dos neutrones de otro, convirtiéndose en un núcleo con un único protón y 4 neutrones. El protón retante es detectado y de él se deduce la existencia del hidrógeno-5. Decae mediante doble emisión de neutrones y posee una vida media de menos de 9.1 × 10−22 segundos.[6]

Hidrógeno-6[editar]

El hidrógeno-6, 6H o 6H, decae mediante triple emisión de neutrones y tiene una vida media de 2.90×10−22 segundos.[6] Está compuesto de 1 protón y 5 neutrones en su núcleo.

Hidrógeno-7[editar]

El hidrógeno-7, 7H o 7H, está compuesto de un núcleo con 6 neutrones y 1 protón. Fue sintetizado por primera vez en 2003 por un grupo de científicos rusos, japoneses y franceses en el laboratorio de ciencia de haces "RIKEN", para ello bombardearon hidrógeno con átomos de helio-8. El resultado fue que los neutrones del helio-8 fueron donados al núcleo del hidrógeno. Los dos protones remanentes fueron detectados por el "Telescopio RIKEN", un aparato compuesto por múltiples capas de sensores.[2]

Tabla[editar]

símbolo
del nucleido
Z(p) N(n) masa isotópica (u) vida media método(s) de
decaimiento(s)[9]
isótopo(s)
hijo(s)[n 1]
espín
nuclear
Composición
isótopica
representativa
(fracción molar)[n 2]
rango de variación
natural
(fracción molar)
1H 1 0 1.00782503207(10) Estable[n 3] [n 4] 1⁄2+ 0.999885(70) 0.999816–0.999974
2H[n 5] 1 1 2.0141017778(4) Estable 1+ 0.000115(70)[n 6] 0.000026–0.000184
3H[n 7] 1 2 3.0160492777(25) 12.32(2) a β- 3He 1⁄2+ Trazas[n 8]
4H 1 3 4.02781(11) 1.39(10)×10−22 s
[4.6(9)MeV]
n 3H 2
5H 1 4 5.03531(11) >9.1×10−22 s? n 4H (1⁄2+)
6H 1 5 6.04494(28) 2.90(70)×10−22 s
[1.6(4) MeV]
3n 3H 2#
4n 2H
7H 1 6 7.05275(108)# 2.3(6)×10−23 s#
[20(5) MeV]#
1⁄2+#
  1. negrita para los isótopos estables
  2. En agua.
  3. Superior a 6.6×1033. Véase Desintegración del protón.
  4. Este y el 3He son los únicos nucleidos estables con más protones que neutrones
  5. Producido durante la Nucleosíntesis primordial
  6. Debido a que el 2H tiene una abundancia menor a 3.2×10−5 (fracción molar).
  7. Producido durante la nucleosíntesis del Big Bang, pero no la primordial, todo los átomos de la nucleosíntesis primordial ya debieron decaer a 3He
  8. cosmogénico

Notas[editar]

  • Materiales comercialmente disponibles pueden haber sido sometidos a un fraccionamiento isotópico no divulgado o inadvertidas. Se pueden producir desviaciones sustanciales de la masa y la composición.
  • Los valores marcados con # no han sido obtenidos directamente a partir de datos experimentales sino que, en parte, provienen de extrapolaciones de tendencias. Los valores de espín que han sido asignados mediante argumentos sin la solidez suficiente se encuentran escritos entre paréntesis.
  • Las incertidumbres se dan en forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes. Los valores de incertidumbre denotan una desviación estándar, a excepción de la composición isotópica y la masa atómica estándar de la IUPAC que utilizan incertidumbres expandidas.

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. Y. B. Gurov et al. (2004). «Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei». Physics of Atomic Nuclei 68 (3):  pp. 491–497. doi:10.1134/1.1891200. Bibcode2005PAN....68..491G. 
  2. a b A. A. Korsheninnikov et al. (2003). «Experimental Evidence for the Existence of 7H and for a Specific Structure of 8He». Physical Review Letters 90 (8):  pp. 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501. Bibcode2003PhRvL..90h2501K. 
  3. Inorganic Chemistry (3rd edición). Pearson Prentice Hall. 2004. 
  4. a b G. M. Ter-Akopian et al. (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». AIP Conference Proceedings 610:  pp. 920. doi:10.1063/1.1470062. 
  5. «The 2003 Atomic Mass Evaluation». Atomic Mass Data Center. Consultado el 15 de noviembre de 2008.
  6. a b c G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729:  pp. 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibcode2003NuPhA.729....3A. http://www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf. 
  7. «Kinetic Isotope Effects for the Reactions of Muonic Helium and Muonium with H2». Science 331 (6016):  pp. 448–450. 28 Jan 2011. doi:10.1126/science.1199421. PMID 21273484. Bibcode2011Sci...331..448F. http://www.sciencemag.org/content/331/6016/448.short. 
  8. A. A. Korsheninnikov et al. (2001). «Superheavy Hydrogen 5H». Physical Review Letters 87 (9):  pp. 92501. doi:10.1103/PhysRevLett.87.092501. Bibcode2001PhRvL..87i2501K. 
  9. http://www.nucleonica.net/unc.aspx

Enlaces externos[editar]

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Más pesado
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