氫 的三種同位素:氕、氘、氚
主要的氫同位素
標準原子質量 (A r, 標準 ) [7000100784000000000♠ 1.00784 , 7000100811000000000♠ 1.00811 ][1] 傳統: 1.008
氢 (原子量 :1.00794(7))共有7個已知同位素 ,質量數 介於1-7之間,其中有2個是穩定 的,其他都具有放射性 。天然存在 的氫同位素有3個,分別是穩定的氕 ( piē ) (1 H)、氘 ( dāo ) (2 H)和具放射性 的氚 ( chuān ) (3 H),其中3 H在自然界中僅痕量 存在,為宇宙射線 所產生。另外四個同位素(4 H到7 H)都不出現在自然界中,只有在實驗室 製造出來過,且半衰期 都少于10-21 秒,極為不穩定。氫是唯一一個天然同位素各擁有不同名稱的元素 。雖然在一些有關放射性的早期文獻中,一些屬於自然界中三大衰變鏈 的放射性核素 也有自己專屬的名稱和化學符號 ,但是今日已經鮮少使用了。
圖表
符號
Z
N
同位素質量(u )[2] [n 1] [n 2]
半衰期 [3] [n 2]
衰變 方式 [4]
衰變 產物 [n 3]
原子核 自旋 [n 1]
相對豐度 (莫耳 分率)[3] [n 2]
相對豐度 的變化量 (莫耳 分率)
1 H
1
0
7000100782503190000♠ 1.007825 031 90 (1)
穩定 [n 4] [n 5]
1 ⁄2 +
6999999855000000000♠ 0.999855 (78)
6999999816000000000♠ 0.999816 –6999999974000000000♠ 0.999974
2 H , 2 D[n 6]
1
1
7000201410177784000♠ 2.014101 777 84 (2)
稳定 [n 7]
1+
6996145000000000000♠ 0.000145 (78)
6995259999999999999♠ 0.000026 –6996184000000000000♠ 0.000184
3 H , 3 T[n 8]
1
2
7000301604928132000♠ 3.016049 281 32 (8)
7008388789632000000♠ 12.32(2) y
β−
3 He
1 ⁄2 +
痕量 [n 9]
4 H
1
3
7000402643000000000♠ 4.02643 (11)
6978139000000000000♠ 1.39(10)× 10−22 s
n
3 H
2−
5 H
1
4
7000503531000000000♠ 5.03531 (10)
6977859999999999999♠ 8.6(6)× 10−23 s
2n
3 H
(1 ⁄2 + )
6 H
1
5
7000604496000000000♠ 6.04496 (27)
6978294000000000000♠ 2.94(67)× 10−22 s
n ?[n 10]
5 H ?
2− #
3n ?[n 10]
3 H ?
7 H
1
6
7000705275000000000♠ 7.05275 (108) #
6978652000000000000♠ 6.52(558)× 10−22 s
2n ?[n 10]
5 H ?
1 ⁄2 + #
氫-1(氕)
氕 的原子含有一个质子和一个电子
氫原子 ,又稱氕 ( piē ) ,是氫元素的原子 ,是構造最簡單的原子。電中性 的氫原子含有一個正價的質子 與一個負價的電子 ,被庫侖定律 束縛於原子核 內。
在大自然中,氫原子是氫元素最普遍的同位素,豐度 達99.98%,稱為氫 、氫-1 或氕 ,為穩定同位素 。氫原子不含任何中子 ,而別的氫同位素則含有一個或多個中子。
氫-2(氘)
氘的原子含有一个质子、一个中子和一个电子 氘 ( dāo ) ,亦稱重氫 ,為氫的一種穩定同位素,元素符號 為D或2 H。它的原子核由一顆質子和一顆中子組成。在大自然的含量約為氕的7000分之一,豐度約為0.02%。
氫-3(氚)
氚的原子含有一个质子、两个中子和一个电子
氚 ( chuān ) ,亦稱超重氫 ,是氫的放射性同位素 之一,元素符號 為T或3 H。它的原子核由一顆質子和兩顆中子所組成。氚帶有放射性 ,會發生β衰變 成为氦-3 ,半衰期 為12.43年。氚是氫唯一的天然放射性同位素 ,在自然界中痕量 存在。
氫-4
氫-4 是氫的一種人造放射性同位素 ,它包含了一個質子和三個中子,半衰期為9.93696×10-23 秒,極為不穩定。
氫-5
氫-5 是氫的一種人造放射性同位素,它包含了一個質子和四個中子,半衰期為8.01930×10-23 秒,極為不穩定。
氫-6
氫-6 是氫的一種人造放射性同位素,它包含了一個質子和五個中子,半衰期為3×10-22 秒,極為不穩定。
制备方法如下:[5]
Li
3
7
+
Li
3
7
⟶ ⟶ -->
H
1
6
+
B
5
8
{\displaystyle {\ce {_3^7Li + _3^7Li -> _1^6H + _5^8B}}}
氫-7
氫-7 是氫的一種人造放射性同位素,它包含了一個質子和六個中子。它是由质子轰击氦-8同位素而成。在以上核反应中,氦-8的六個中子都給了那个質子,并变成2个质子。它的半衰期為2.3×10-23 秒,極為不穩定。
H
1
1
+
He
2
8
⟶ ⟶ -->
H
1
7
+
2
1
1
H
{\displaystyle {\ce {_1^1H + _2^8He -> _1^7H + 2_1^1H}}}
放射性氫同位素的衰变链
H
1
3
→
12.32
y
He
2
3
+
e
− − -->
H
1
4
→
139
ys
H
1
3
+
n
0
1
H
1
5
→
86
ys
H
1
3
+
2
0
1
n
{\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}}}
参见
參考資料
^ Meija, Juris; et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry . 2016, 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305 .
^ Wang, Meng; Huang, W.J.; Kondev, F.G.; Audi, G.; Naimi, S. The AME 2020 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references. Chinese Physics C. 2021, 45 (3): 030003. doi:10.1088/1674-1137/abddaf .
^ 3.0 3.1 Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S.; Audi, G. The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties (PDF) . Chinese Physics C. 2021, 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae .
^ 存档副本 . [2015-09-07 ] . (原始内容存档 于2017-02-19).
^ Aleksandrov, D.V.; Ganza, D.V.; Glukhov, Yu.A.; Novatskij, B.G.; Ogloblin, A.A.; Stepanov, D.N. Observation of unstable superheavy hydrogen isotope 6 H in the 7 Li(7 Li, 8 B) reaction . Yadernaya Fizika. 1984, 39 (3): 513–517.
^ Walker, David C. Muon and Muonium Chemistry . Cambridge University Press. 1983-09-08: 4. ISBN 978-0-521-24241-7 .
^ Fleming, D. G.; Arseneau, D. J.; Sukhorukov, O.; Brewer, J. H.; Mielke, S. L.; Schatz, G. C.; Garrett, B. C.; Peterson, K. A.; Truhlar, D. G. Kinetic Isotope Effects for the Reactions of Muonic Helium and Muonium with H2 . Science. 28 Jan 2011, 331 (6016): 448–450. PMID 21273484 . doi:10.1126/science.1199421 . (原始内容存档 于2011-11-17).
外部链接
元素 與同位素 的穩定度
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穩定4個
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