Isotopes de l'hydrogène - Isotopes of hydrogen

Principaux isotopes de l' hydrogène   ( 1 H)
Isotope Carie
abondance demi-vie ( t 1/2 ) mode produit
1 heure [0,999 720,999 99 ] stable
2 heures [0,000 010,000 28 ] stable
3 heures trace 12.32(2) oui β - 3 Il
Poids atomique standard A r, standard (H) [1.007 841.008 11 ] conventionnel : 1.008
Les trois isotopes les plus stables de l'hydrogène : le protium ( A = 1), le deutérium ( A = 2) et le tritium ( A = 3).

L'hydrogène ( 1 H) possède trois isotopes naturels , parfois notés 1 H, 2 H et 3 H. 1 H et 2 H sont stables, tandis que 3 H a une demi-vie de 12,32 ± 0,02 an. Il existe également des isotopes plus lourds, tous synthétiques et ayant une demi-vie inférieure à une zeptoseconde (10 −21 s). Parmi ceux-ci, 7 H est le plus stable et 5 H est le moins.

L'hydrogène est le seul élément dont les isotopes ont des noms différents qui restent d'usage courant aujourd'hui : l' isotope 2 H (ou hydrogène-2) est le deutérium et l' isotope 3 H (ou hydrogène-3) est le tritium . Les symboles D et T sont parfois utilisés pour le deutérium et le tritium. L' IUPAC accepte les symboles D et T, mais recommande d'utiliser plutôt des symboles isotopiques standard ( 2 H et 3 H) pour éviter toute confusion dans le tri alphabétique des formules chimiques . L'isotope 1 H, sans neutrons , est parfois appelé protium . (Au cours des premières études de la radioactivité, certains autres isotopes radioactifs lourds ont reçu des noms , mais de tels noms sont rarement utilisés aujourd'hui.)

Liste des isotopes

Nuclide
Z N Masse isotopique ( Da )
Demi-vie

Mode de décomposition


Isotope fille

Spin et
parité
Abondance naturelle (fraction molaire) Noter
Proportion normale Plage de variation
1 heure 1 0 1,007 825 031 898 ± 0,000 000 000 014 Stable 1/2+ [0,999 72 ,0,999 99 ] Protium
2 heures (D) 1 1 2,014 101 777 844 ± 0,000 000 000 015 Stable 1+ [0,000 01 ,0,000 28 ] Deutérium
3 heures (T) 1 2 3,016 049 281 320 ± 0,000 000 000 081 12,32 ± 0,02 ans β - 3
Il
1/2+ Trace Tritium
4
H
1 3 4,026 431 867 ± 0,000 107 354 139 ± 10 ans m 3
H
2−
5
H
1 4 5,035 311 492 ± 0,000 096 020 86 ± 6 ans 2n 3
H
(1/2+)
6
H
1 5 6,044 955 437 ± 0,000 272 816 294 ± 67 ans 3n 3
H
2−#
4n 2
H
7
H
1 6 7,052 749 ± 0,001 078 # 652 ± 558 ans 4n 3
H
1/2+#
Cet en-tête et pied de page de tableau :
  1. ^ ( ) – L'incertitude (1 σ ) est donnée sous forme concise entre parenthèses après les derniers chiffres correspondants.
  2. ^ Modes de décomposition :
    n : Émission de neutrons
  3. ^ Symbole en gras en tant que fille – Le produit fille est stable.
  4. ^ ( ) valeur de rotation – Indique la rotation avec des arguments d'affectation faibles.
  5. ^ # – Les valeurs marquées # ne sont pas purement dérivées de données expérimentales, mais au moins en partie des tendances des nucléides voisins (TNN).
  6. ^ À moins que la désintégration du proton ne se produise.
  7. ^ Ceci et 3 He sont les seuls nucléides stables avec plus de protons que de neutrons.
  8. ^ Produit pendant la nucléosynthèse du Big Bang .
  9. ^ L'un des rares noyaux stables impairs-impairs
  10. ^ Produit pendant la nucléosynthèse du Big Bang, mais pas primordial, car tous ces atomes se sont depuis désintégrés en 3 He .
  11. ^ Cosmogénique

Hydrogène-1 (Protium)

Le protium, l' isotope le plus courant de l'hydrogène, se compose d'un proton et d'un électron. Unique parmi tous les isotopes stables, il n'a pas de neutrons. (voir diproton pour une discussion sur les raisons pour lesquelles les autres n'existent pas)

1 H (masse atomique1,007 825 031 898 ± 0,000 000 000 014  Da ) est l'isotope d'hydrogène le plus courant avec une abondance de plus de 99,98 %. Parce que le noyau de cet isotope se compose d'un seul proton , on lui donne le nom formel de protium .

La désintégration du proton n'a jamais été observée et l'hydrogène-1 est donc considéré comme un isotope stable. Certaines grandes théories unifiées proposées dans les années 1970 prédisent que la désintégration du proton peut se produire avec une demi-vie comprise entre 10 28 et 10 36 ans. Si cette prédiction s'avère vraie, alors l'hydrogène-1 (et en fait tous les noyaux que l'on croit maintenant stables) ne sont stables que par observation . À ce jour, des expériences ont montré que la demi-vie minimale du proton est supérieure à 10 34 ans.

Hydrogène-2 (Deutérium)

Un atome de deutérium contient un proton, un neutron et un électron.

2 H (masse atomique2.014 101 777 844 ± 0.000 000 000 015  Da ), l'autre isotope stable de l'hydrogène, est connu sous le nom de deutérium et contient un proton et un neutron dans son noyau. Le noyau de deutérium est appelé deutéron. Le deutérium comprend 0,0026 à 0,0184% (par population, pas en masse) d'échantillons d'hydrogène sur Terre, le nombre le plus faible ayant tendance à se trouver dans les échantillons d'hydrogène gazeux et l'enrichissement le plus élevé (0,015% ou 150 ppm) typique de l'eau de mer. Le deutérium sur Terre a été enrichi par rapport à sa concentration initiale dans le Big Bang et le système solaire externe (environ 27 ppm, par fraction atomique) et sa concentration dans les parties plus anciennes de la Voie lactée (environ 23 ppm). Vraisemblablement, la concentration différentielle de deutérium dans le système solaire interne est due à la volatilité plus faible du gaz et des composés de deutérium, enrichissant les fractions de deutérium dans les comètes et les planètes exposées à une chaleur importante du Soleil au cours de milliards d'années d'évolution du système solaire.

Le deutérium n'est pas radioactif et ne représente pas un risque de toxicité significatif. L'eau enrichie en molécules contenant du deutérium au lieu du protium est appelée eau lourde . Deutérium et ses composés sont utilisés en tant que marqueur non radioactif dans des expériences chimiques et solvants pour 1 H- spectroscopie RMN . L'eau lourde est utilisée comme modérateur de neutrons et caloporteur pour les réacteurs nucléaires. Le deutérium est également un combustible potentiel pour la fusion nucléaire commerciale .

Hydrogène-3 (Tritium)

Un atome de tritium contient un proton, deux neutrons et un électron.

3 H (masse atomique3,016 049 281 320 ± 0,000 000 000 081  Da ) est connu sous le nom de tritium et contient un proton et deux neutrons dans son noyau. Il est radioactif, se désintégrant en hélium-3 par désintégration − avec une demi-vie de12,32 ± 0,02 an . Des traces de tritium se produisent naturellement en raison de l'interaction des rayons cosmiques avec les gaz atmosphériques. Du tritium a également été libéré lors d'essais d'armes nucléaires . Il est utilisé dans les armes à fusion thermonucléaire, comme traceur en géochimie isotopique , et spécialisé dans les dispositifs d' éclairage auto-alimentés .

La méthode la plus courante de production de tritium consiste à bombarder un isotope naturel du lithium, le lithium-6 , avec des neutrons dans un réacteur nucléaire .

Le tritium était autrefois utilisé en routine dans des expériences de marquage chimique et biologique en tant que radiomarqueur . C'est devenu moins courant, mais ça arrive toujours. La fusion nucléaire DT utilise le tritium comme réactif principal, ainsi que le deutérium , libérant de l'énergie par perte de masse lorsque les deux noyaux entrent en collision et fusionnent à haute température.

Hydrogène-4

4 H ( masse atomique 4,026 431 867 ± 0,000 107 354 ) contient un proton et trois neutrons dans son noyau. C'est un isotope très instable de l'hydrogène. Il a été synthétisé en laboratoire en bombardant du tritium avec des noyaux de deutérium en mouvement rapide . Dans cette expérience, le noyau de tritium a capturé un neutron du noyau de deutérium en mouvement rapide. La présence de l'hydrogène-4 a été déduite en détectant les protons émis. Il se désintègre par émission de neutrons en hydrogène-3 (tritium) avec une demi-vie de139 ± 10 ans (ou(1,39 ± 0,10) × 10 −22  s ).

Dans le roman satirique de 1955 The Mouse That Roared , le nom de quadium a été donné à l'isotope de l'hydrogène 4 qui a alimenté la bombe Q que le duché de Grand Fenwick a capturée aux États-Unis.

Hydrogène-5

5 H ( masse atomique 5,035 311 492 ± 0,000 096 020 ) est un isotope très instable de l'hydrogène. Le noyau est constitué d'un proton et de quatre neutrons. Il a été synthétisé en laboratoire en bombardant du tritium avec des noyaux de tritium se déplaçant rapidement. Dans cette expérience, un noyau de tritium capture deux neutrons de l'autre, devenant un noyau avec un proton et quatre neutrons. Le proton restant peut être détecté et l'existence de l'hydrogène-5 déduite. Il se désintègre par double émission de neutrons en hydrogène-3 (tritium) et a une demi-vie de86 ± 6 ans ((8,6 ± 0,6) × 10 −23  s ).

Hydrogène-6

6 H ( masse atomique 6,044 955 437 ± 0,000 272 816 ) se désintègre soit par triple émission de neutrons en hydrogène-3 (tritium) soit par quadruple émission de neutrons en hydrogène-2 (deutérium) et a une demi-vie de294 ± 67 ans ((2,94 ± 0,67) × 10 −22  s ).

Hydrogène-7

7 H ( masse atomique 7,052 749 ± 0,001 078 ) se compose d'un proton et de six neutrons . Il a d' abord été synthétisé en 2003 par un groupe de russe, japonais et scientifiques français à RIKEN de l' usine Isotope radioactif du faisceau en bombardant l' hydrogène avec l' hélium-8 atomes. Dans la réaction résultante, les six neutrons de l'hélium-8 ont été donnés au noyau de l'hydrogène. Les deux protons restants ont été détectés par le « télescope RIKEN », un dispositif composé de plusieurs couches de capteurs, positionné derrière la cible du cyclotron RI Beam. L'hydrogène-7 a une demi-vie de652 ± 558 ans .

Chaînes de décomposition

La majorité des isotopes lourds de l'hydrogène se désintègrent directement en 3 H, qui se désintègre ensuite en isotope stable 3 He . Cependant, on a parfois observé que le 6 H se désintégrait directement en 2 H stable .

Les temps de décroissance sont en yoctosecondes (10 -24 s) pour tous ces isotopes sauf 3 H qui s'exprime en années.

Voir également

Remarques

Les références

Lectures complémentaires