Isótopos de hidrógeno

El hidrógeno ( _{1H ) tiene tres} isótopos naturales : ^1H , ^2H y ^3H . ^1H y ^2H son estables, mientras que ^3H tiene una vida media de12,32 años. ^{[ 4 ] [ nb 1 ]} También existen isótopos más pesados; todos son sintéticos y tienen una vida media inferior a 1 zeptosegundo (10 ⁻²¹  s). ^{[ 5 ] [ 6 ]}

El hidrógeno es el único elemento cuyos isótopos tienen nombres diferentes que siguen siendo de uso común hoy en día: ² H es deuterio ^{[ 7 ]} y ³ H es tritio . ^{[ 8 ]} Los símbolos D y T se utilizan a veces para deuterio y tritio; la IUPAC ( Unión Internacional de Química Pura y Aplicada ) acepta dichos símbolos, pero recomienda los símbolos isotópicos estándar ² H y ³ H, para evitar confusiones en la clasificación alfabética de fórmulas químicas . ^{[ 9 ] 1} H, sin neutrones , puede llamarse protio para desambiguar. ^{[ 10 ]} Durante el estudio inicial de la radiactividad, a algunos otros radioisótopos pesados ​​se les dieron nombres , pero tales nombres rara vez se utilizan hoy en día.

¹ H (masa atómica)1,007 825 031 898 (14) Da  ) es el isótopo de hidrógeno más común, con una abundancia de >  99,98%. Su núcleo consta de un solo protón , por lo que tiene el nombre formal de protio .

Nunca se ha observado la desintegración del protón, por lo que ^{el 1H} se considera estable. Es el único nucleido estable sin neutrones. Algunas teorías de gran unificación propuestas en la década de 1970 predicen que la desintegración del protón puede ocurrir con una vida media entre10 ²⁸ y10 ³⁶ años. ^{[ 15 ]} Si es así, entonces ¹ H (y todos los núcleos que ahora se consideran estables) son solo estables desde el punto de vista observacional . A partir de 2018, los experimentos han demostrado que la vida media del protón es > 3,6 × 10 ²⁹ años. ^{[ 16 ]}

Deuterio , ² H (masa atómica)2,014 101 777 844 (15) Da  ), el otro isótopo estable del hidrógeno, tiene un protón y un neutrón en su núcleo, llamado deuterón. ² H comprende 26–184 ppm (por población, no por masa) de hidrógeno en la Tierra; el número más bajo tiende a encontrarse en el hidrógeno gaseoso y el enriquecimiento más alto (150  ppm) es típico del agua de mar . El deuterio en la Tierra se ha enriquecido con respecto a su concentración inicial en el Big Bang y el Sistema Solar exterior (≈  27  ppm, fracción atómica) y partes más antiguas de la Vía Láctea (≈  23  ppm). Presumiblemente, la concentración diferencial de deuterio en el Sistema Solar interior se debe a la menor volatilidad del gas deuterio y los compuestos, enriqueciendo fracciones de deuterio en cometas y planetas expuestos a un calor significativo del Sol durante miles de millones de años de evolución del Sistema Solar .

El deuterio no es radiactivo y no representa un riesgo de toxicidad significativo. El agua enriquecida con ^²H se denomina agua pesada . El deuterio y sus compuestos se utilizan como marcador no radiactivo en experimentos químicos y en disolventes para espectroscopia de resonancia magnética nuclear de ¹H ^. El agua pesada se utiliza como moderador de neutrones y refrigerante para reactores nucleares. El deuterio también es un combustible potencial para la fusión nuclear comercial .

Tritio , ³ H (masa atómica)3,016 049 281 320 (81) Da  ), tiene un protón y dos neutrones en su núcleo (llamado tritón ). Es radiactivo , desintegrando β ⁻ en helio-3 con una vida media12,32  años . ^{[ nb 1 ] [ 4 ]} Se producen trazas de ^3H de forma natural debido a la interacción de los rayos cósmicos con los gases atmosféricos. ^{El 3H} también se ha liberado en pruebas nucleares . Se utiliza en bombas de fusión , como trazador en geoquímica isotópica y en dispositivos de iluminación autoalimentados .

La forma más común de producir ^3H es bombardear un isótopo natural de litio , ^{el 6Li} , con neutrones en un reactor nuclear .

El tritio se puede utilizar en experimentos de marcaje químico y biológico como trazador radiactivo . ^{[ 17 ] [ 18 ]} La fusión deuterio-tritio utiliza ² H y ³ H como sus reactivos principales, dando energía a través de la pérdida de masa cuando los dos núcleos chocan y se fusionan a altas temperaturas.

⁴ H ( masa atómica)4,026 43 (11) Da  ), con un protón y tres neutrones, es un isótopo altamente inestable . Se ha sintetizado en el laboratorio bombardeando tritio con deuterones de alta velocidad; ^{[ 19 ]} el tritón capturó un neutrón del deuterón. La presencia de ⁴ H se dedujo detectando los protones emitidos. Se desintegra por emisión de neutrones en ³ H con una vida media de139(10) años  (1,39(10) × 10 ⁻²²  s ).

En la novela satírica de 1955, El ratón que rugió , el nombre de quadium se le dio al componente de ^cuatro hidrógenos (4H) que impulsaba la bomba Q que el Ducado de Grand Fenwick capturó de los Estados Unidos.

⁵ H ( masa atómica)5,035 31 (10) Da  ), con un protón y cuatro neutrones, es altamente inestable. Se ha sintetizado en el laboratorio bombardeando tritio con tritones de alta velocidad; ^{[ 19 ] [ 20 ]} un tritón captura dos neutrones del otro, convirtiéndose en un núcleo con un protón y cuatro neutrones. El protón restante puede detectarse y deducirse la existencia de ^{5 H. Se desintegra por} emisión doble de neutrones en ³ H y tiene una vida media de86(6) años  (8,6(6) × 10 ⁻²³  s ) – la vida media más corta de cualquier nucleido conocido. ^{[ 4 ]}

⁶ H ( masa atómica)6,044 96 (27) Da  ) tiene un protón y cinco neutrones . Tiene una vida media de294(67) años  (2,94(67) × 10 ⁻²²  s ). En 2025, se produjo ⁶  H utilizando un haz de electrones de 855 MeV que incidía sobre un blanco ^{de 7} Li. ^{[ 21 ]}

⁷ H ( masa atómica)7,052 75 (108) Da  ) tiene 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 ; los seis neutrones del 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, situado detrás del blanco del ciclotrón del haz de isótopos radiactivos. ^{[ 6 ] 7} H tiene una vida media de652(558) años  (6,52(558) × 10 ⁻²²  s ). ^{[ 4 ]}

^{El 4H} y ^{el 5H} se desintegran directamente en ^3H , que luego se desintegra en 3He estable ^. La desintegración de los isótopos más pesados, ^6H y ^7H , no se ha observado experimentalmente. ^{[ 1 ]}$${\displaystyle {\begin{array}{rcl}\\{\ce {^{3}_{1}H}}&{\ce {->[12.32\ {\ce {y}}]}}&{\ce {{^{3}_{2}He}+e^{-}}}\\{\ce {^{4}_{1}H}}&{\ce {->[139\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{^{1}_{0}n}}}\\{\ce {^{5}_{1}H}}&{\ce {->[86\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{2_{0}^{1}n}}}\\{}\end{array}}}$$

Los tiempos de desintegración se expresan en yoctosegundos (10 ⁻²⁴  s ) para todos estos isótopos excepto ³ H, que está en años.

• átomo de hidrógeno
• Biogeoquímica de isótopos de hidrógeno
• Hidrógeno-4.1 (helio muónico)
• Muonio : actúa como un isótopo ligero exótico del hidrógeno.
• Contenido multimedia relacionado con los isótopos de hidrógeno en Wikimedia Commons.

• Dumé, B. (7 de marzo de 2003). "El hidrógeno-7 hace su debut" . Physics World .