수소 동위 원소

Isotopes of hydrogen
수소 주요 동위원소 (1H)
이소토페 붕괴
아반댄스 반감기 (t1/2) 모드 프로덕트
1H [99.972%, 99.999%] 안정적인.
2H [0.001%, 0.028%] 안정적인.
3H 추적하다 12.32(2)년 β− 3그는
표준 원자량 Ar°(H)
  • [1.00784, 1.00811]
  • 1.0080±0.0002(요약)[1][2]
수소의 가장 안정적인 세 가지 동위원소: 프로튬 (A = 1), 중수소 (A = 2), 삼중수소 (A = 3)

수소(1H)는 3개의 자연발생 동위원소를 가지며, 때로는 H, H로

표기되기도
한다. H와

H는
안정적이며, H는 12.32(2)년의 [3][nb 1]반감기를 가진다.더 무거운 동위원소도 존재하는데, 이 동위원소들은 모두 합성이며 반감기는 1 젭토초(10초−21)[4][5] 미만이다.이 중 H가 가장 안정성이 떨어지는 반면

 H가 가장 안정성이 높다.

H(또는 수소-2) 동위원소는
중수소이고[6] H(또는 수소-3) 동위원소는
[7]삼중수소이다.기호 D와 T는 때때로 중수소와 삼중수소에 사용된다.IUPAC에서는 D 및 T 기호를 사용할 수 있지만 화학식의 [8]알파벳 정렬에서 혼란을 피하기 위해 표준 동위원소 기호(2
H
 및
 H)를 사용할 것을 권장합니다.중성자가 없는 동위원소
 H는 때때로 [9]프로튬이라고 불린다.(방사능에 대한 초기 연구 기간 동안, 일부 무거운 방사성 동위원소에는 이름이 붙여졌지만, 오늘날에는 그러한 이름이 거의 사용되지 않는다.)

동위원소 목록

핵종[10]
 Z N 동위원소 질량 (다)[11]
[n1] 		반감기
 붕괴
모드
[n2] 		딸.
동위원소
[n3] 		회전 및
패리티
[n4][n5] 		자연 풍족도 (분율) 메모
정상비례 변동 범위
1
H
 		1 0 1.00785031898(14) 안정적인.[n6][n7] 1/2+ [0.99972, 0.9999][12] 프로튬
2
H
(D)[n 8][n 9]		 1 1 2.014101777844(15) 안정적인. 1+ [0.00001, 0.00028][12] 중수소
3
H
(T)[n 10]		 1 2 3.016049281320(81) 12.32(2)년 β− 3
그는
 		1/2+ 트레이스[n 11] 삼중수소
4
H
 		1 3 4.02643(11) 139(10) ys n 3
H
 		2−
5
H
 		1 4 5.03531(10) 86(6) ys 2n 3
H
 		(1/2+)
6
H
 		1 5 6.04496(27) 294(67) ys n?[n 12] 5
H
?		 2−#
3n?[n 12] 3
H
?
7
H
 		1 6 7.052750(108)# 652(558) ys 2n?[n 12] 5
H
?		 1/2+#
다음 표의 머리글과 바닥글:
  1. ^ ( ) - 불확실성(1')은 대응하는 마지막 자리 뒤에 괄호로 간결하게 표시됩니다.
  2. ^ 붕괴 모드:
    n: 중성자 방출
  3. ^ 딸이라는 굵은 기호– 딸 제품은 안정적입니다.
  4. ^ ( ) spin value : 약한 할당 인수를 사용한 스핀을 나타냅니다.
  5. ^ # – #로 표시된 값은 순수하게 실험 데이터에서 도출된 것이 아니라 적어도 부분적으로 인접핵종(TNN)의 추세에서 도출된 것이다.
  6. ^ 양성자 붕괴가 일어나지 않는 한.
  7. ^ 이것과
    그는 중성자보다 더 많은 양성자를 가진 유일한 안정된 핵종이다.
  8. ^ 빅뱅 핵합성 과정에서 생성된다.
  9. ^ 안정적이고 홀수인 몇 안 되는 원자핵 중 하나죠
  10. ^ 빅뱅의 핵합성 과정에서 생성되지만, 원시 원자는 아니다. 그 후 모든 원자가 He로
    부패했기 때문이다.
  11. ^ 우주 생성
  12. ^ a b c 표시된 붕괴 모드는 에너지적으로 허용되지만 이 핵종에서 발생하는 것은 실험적으로 관찰되지 않았습니다.


수소-1(프로튬)

수소의 가장 흔한 동위원소인 프로튬은 하나의 양성자와 하나의 전자로 구성되어 있다.모든 안정 동위원소 중에서 유일하게 중성자가 없다.(다른 것이 존재하지 않는 이유에 대한 설명은 디프로톤 참조)
주요 기사:수소 원자

1
H
(원자 질량 1.00785031898(14)Da)는 99.98% 이상의 풍부함으로 가장 일반적인 수소 동위원소이다.이 동위원소의 핵은 단 하나의 양성자로만 구성되어 있기 때문에 프로튬이라는 정식 이름이 붙었다.

양성자가 붕괴하는 것이 관찰된 적이 없으며, 따라서 수소-1은 안정적인 동위원소로 간주된다.1970년대에 제안된 일부 대통합 이론은 양성자 붕괴가 10년에서36 10년 [13]사이의28 반감기로 일어날 수 있다고 예측한다.만약 이 예측이 사실로 밝혀진다면, 수소-1(그리고 현재 안정적이라고 여겨지는 모든 핵)은 관측적으로만 안정적입니다.현재까지 실험 결과 양성자의 최소 평균 수명은 3.6×[14]10년을29 초과하는 것으로 나타났다.

수소-2(중수소)

주요 기사:중수소
중수소 원자는 양성자 1개, 중성자 1개, 전자 1개를 포함한다.

2
또
 다른 안정적인 수소 동위원소인 H(원자 질량 2.01410177784(15) Da)는 중수소로 알려져 있으며 핵에 양성자 1개와 중성자 1개를 포함하고 있다.중수소의 핵은 중수소라고 불린다.중수소는 지구상 수소 샘플의 0.0026–0.0184%(질량이 아닌 인구 기준)로 구성되며, 낮은 수치는 수소가스 샘플에서 발견되는 경향이 있으며 전형적인 바닷물의 고농축(0.015% 또는 150ppm)이다.지구의 중수소는 빅뱅과 외부 태양계에서의 초기 농도(원자 분율 기준 약 27ppm)와 우리은하의 오래된 부분에서의 농도(약 23ppm)와 관련하여 농축되었다.아마도 내태양계에서 중수소의 농도가 다른 것은 중수소 가스와 화합물의 낮은 휘발성 때문에 태양계 진화의 수십억 년 동안 태양으로부터 상당한 열에 노출된 혜성과 행성의 중수소 분율이 풍부하기 때문일 것이다.

중수소는 방사능이 아니며 심각한 독성 위험을 나타내지 않는다.프로튬 대신 중수소를 포함한 분자로 농축된 물은 중수라고 불린다.중수소와 그 화합물은 화학 실험과 H-핵자기공명분광학
 용제에서 비방사성 라벨로 사용된다.중수는 원자로의 중성자 감속재 및 냉각수로 사용된다.중수소는 또한 상업적인 핵융합을 위한 잠재적 연료이다.

수소-3(트리튬)

주요 기사:삼중수소
삼중수소 원자는 양성자 1개, 중성자 2개, 전자 1개를 포함한다.

3
H
 (원자 질량 3.016049281320(81)Da)는 삼중수소로 알려져 있고 핵에 양성자 1개와 중성자 2개를 포함한다.방사성 물질이며, 12.32(2)년의 [nb 1][3]반감기로 헬륨-3에서 β-붕괴로 붕괴한다.미량의 삼중수소는 우주선과 대기 가스의 상호작용 때문에 자연적으로 발생한다.삼중수소는 또한 핵무기 실험 중에 방출되었다.그것은 열핵융합 무기에 사용되며, 동위원소 지구화학의 추적기로 사용되며, 자체 동력 조명 장치에 특화되어 있다.

삼중수소를 생산하는 가장 일반적인 방법은 원자로에서 리튬의 천연 동위원소인 리튬-6을 중성자로 폭격하는 것이다.

삼중수소는 한때 방사성 추적자로 화학 및 생물학적 라벨링 실험에서 일상적으로 사용되었다.이것은 그다지 흔하지 않게 되었지만,[15] 여전히 일어나고 있습니다.D-T 핵융합은 삼중수소를 중수소와 함께 주요 반응물질로 사용하며, 두 핵이 충돌하고 고온에서 융합될 때 질량 손실을 통해 에너지를 방출한다.

수소-4

4
H
(원자질량 4.02643(11))는 핵에 양성자 1개와 중성자 3개를 포함한다.그것은 수소의 매우 불안정한 동위원소이다.그것은 빠르게 움직이는 [16]중수소 핵으로 삼중수소를 폭격함으로써 실험실에서 합성되었다.이 실험에서, 삼중수소 핵은 빠르게 움직이는 중수소 핵에서 중성자를 포착했다.수소-4의 존재는 방출된 양성자를 검출함으로써 추론되었다.중성자 방출을 통해 수소-3(트리튬)으로 분해되며, 반감기는 139(10)ys(또는 1.39(10)×10s−22)이다.

1955년 풍자소설 The Mouse That Roared에서 쿼듐이라는 이름은 그랜드 펜윅 공국이 미국에서 포획한 Q-폭탄에 동력을 공급하는 수소-4 동위원소에 붙여졌다.

수소-5

5
H
(원자질량 5.03531(10))는 수소의 매우 불안정한 동위원소이다.핵은 양성자 1개와 중성자 4개로 구성되어 있다.그것은 빠르게 움직이는 삼중수소 [16][17]핵으로 삼중수소를 폭격하여 실험실에서 합성되었다.이 실험에서, 한 삼중수소 핵은 다른 핵으로부터 두 개의 중성자를 포착하여 한 개의 양성자와 네 개의 중성자를 가진 핵이 된다.나머지 양성자가 검출되어 수소-5의 존재를 추론할 수 있다.이중 중성자 방출을 통해 수소-3(삼중수소)로 분해되며, 반감기는 86(6)ys(8.6(6−23)×10s로 알려진 핵종 [3]중 가장 짧다.

수소-6

6
H
(원자질량 6.04496(27))는 삼중 중성자 방출을 통해 수소-3(삼중수소) 또는 4중 중성자 방출을 통해 수소-2(중수소)로 분해되며, 반감기는 294(67)ys(2.94(67)×10s−22)이다.

수소-7

7
H
(원자질량 7.05275(108))는 양성자 1개와 중성자 6개로 구성된다.그것은 2003년 러시아, 일본, 프랑스 과학자들이 수소에 헬륨-8 원자를 폭격하여 처음으로 합성되었다.그 결과, 헬륨-8 중성자 6개가 모두 수소 핵에 기증되었다.나머지 두 개의 양성자는 RI 빔 사이클로트론의 [5]표적 뒤에 위치한 여러 층의 센서로 구성된 장치인 "RIKEN 망원경"에 의해 검출되었다.수소-7의 반감기는 652(558)ys(6.52(5.58)×10s−22)[3]이다.

쇠사슬

중수소 동위원소 대부분은 H로 직접
 분해되고, H는 안정 동위원소
 He로 분해된다.그러나
 H는 때때로 안정적인
H로 직접 붕괴하는 것이 관찰되었다.

붕괴 시간은 년 단위로 표현되는
H를 제외한 모든 동위원소에 대해 헥토초(10초)이다−24.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ a b NUBASE2020은 그레고리 해가 아닌 년과 다른 시간 단위를 변환하는 데 열대년을 사용합니다.NUBASE2020에서 년과 다른 시간 단위의 관계는 다음과 같다: 1 y = 365.2422 d = 31 556 926 s

레퍼런스

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  2. ^ Meija, Juris; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
  3. ^ a b c d Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S.; Audi, G. (March 2021). "The NUBASE2020 evaluation of nuclear physics properties \ast". Chinese Physics C. 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae. ISSN 1674-1137. S2CID 233794940.
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  8. ^ 국제순수응용화학연합(2005년).무기화학 명명법 (IUPAC 권고 2005).케임브리지(영국): RSC-IUPAC.ISBN 0-85404-438-8. 페이지 48.전자 버전
  9. ^ IUPAC, 화학 용어집, 제2판('골드북') (1997).온라인 수정판: (2006–) "protium" . doi : 10.1351 / goldbook . P04903
  10. ^ 반감기, 붕괴 모드, 핵 스핀 및 동위원소 구성은 다음에서 조달된다.
    Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties" (PDF). Chinese Physics C. 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae.
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  14. ^ The SNO+ Collaboration; Anderson, M.; Andringa, S.; Arushanova, E.; Asahi, S.; Askins, M.; Auty, D. J.; Back, A. R.; Barnard, Z.; Barros, N.; Bartlett, D. (2019-02-20). "Search for invisible modes of nucleon decay in water with the SNO+ detector". Physical Review D. 99 (3): 032008. arXiv:1812.05552. Bibcode:2019PhRvD..99c2008A. doi:10.1103/PhysRevD.99.032008. S2CID 96457175.
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  17. ^ A. A. Korsheninnikov; et al. (2001). "Superheavy Hydrogen 5H". Physical Review Letters. 87 (9): 92501. Bibcode:2001PhRvL..87i2501K. doi:10.1103/PhysRevLett.87.092501. PMID 11531562.

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