Izotopy wodoru

Izotopy wodoru – izotopy pierwiastka chemicznego wodoru (symbol H), z których trzy występują na Ziemi naturalnie. Ze względu na duże względne różnice w masach atomowych najlżejszych izotopów, różnią się one wyraźnie właściwościami chemicznymi i fizycznymi. Z tej przyczyny wodór jest jedynym pierwiastkiem, którego izotopy (naturalne) mają swoje własne nazwy: prot (¹H), deuter (²H) i tryt (³H). Prot i deuter są stabilnymi izotopami, tryt i masywniejsze izotopy wodoru są radioaktywne.

Budowa protu, deuteru i trytu (p –proton, n – neutron, e – elektron).

Wodór występuje naturalnie na Ziemi jako mieszanina trzech izotopów: ¹H (>99,98%), ²H (ok. 0,015%), i ³H (ślady). Średnia masa atomowa tej mieszaniny wynosi 1,00794 u. Pozostałe izotopy wodoru (⁴H–⁷H) zostały wytworzone sztucznie^[1][2].

Wodór-1 (prot)

¹H stanowi ponad 99,98% wszystkich atomów wodoru. Jego jądro zawiera jedynie proton, a masa atomowa wynosi 1,00782503207(10) u^[3]. Opisywane właściwości chemiczne wodoru i jego związków w praktyce odnoszą się zazwyczaj do tego izotopu. Nazwa prot jest obecnie rzadko używana.

Wodór-2 (deuter)

²H jest drugim stabilnym izotopem wodoru; zawiera proton i neutron w jądrze. Stanowi 0,0026–0,0184% wodoru występującego na Ziemi. Deuter nie jest radioaktywny ani toksyczny. Woda zawierająca atomy deuteru zamiast protu to woda ciężka.

Wodór-3 (tryt)

³H znany również jako tryt zawiera w jądrze proton i dwa neutrony. Jest radioaktywny, rozpada się w hel-3 poprzez rozpad beta minus z okresem połowicznego rozpadu 12,32 lat^[4]. Niewielkie ilości trytu występują na Ziemi z powodu oddziaływania promieniowania kosmicznego z gazami atmosferycznymi; tryt jest także produktem reakcji nuklearnych.

Wodór-4

⁴H jest wysoko niestabilnym izotopem wodoru. Jądro składa się z protonu i trzech neutronów. Został sztucznie wytworzony w laboratorium w wyniku bombardowania trytu rozpędzonymi do dużej prędkości jądrami deuteru^[5]. Obecność wodoru-4 została stwierdzona przez wykrycie emitowanych protonów. Jego masa atomowa wynosi 4,02781±0,00011 u^[3]. Ulega rozpadowi poprzez emisję neutronu i ma okres połowicznego rozpadu (1,39±0,10)×10⁻²² sekundy^[6].

Wodór-5

⁵H jest kolejnym wysoko niestabilnym izotopem wodoru. Jądro składa się z protonu i czterech neutronów. Został uzyskany razem z wodorem-4 podczas bombardowania trytu rozpędzonymi jądrami trytu^[5][7]. Ulega rozpadowi poprzez podwójną emisję neutronu, a okres jego połowicznego rozpadu co najmniej 9,1×10⁻²² sekundy^[6].

Wodór-6

⁶H ulega potrójnej emisji neutronów, okres połowicznego rozpadu 3×10⁻²² sekundy. Składa się z protonu i pięciu neutronów.

Wodór-7

⁷H składa się z protonu i sześciu neutronów. Został otrzymany po raz pierwszy w 2003 roku przez grupę rosyjskich, japońskich i francuskich fizyków w wyniku bombardowania tarczy z zestalonego wodoru wysokoenergetycznymi atomami ⁸He^[2][8].

---

Zestawienie podstawowych właściwości jądrowych izotopów wodoru^[i]

symbol nuklidu	Z (p)	N (n)	masa izotopu (u)[3]	czas półtrwania[6]	tryb rozpadu[9]	izotopy potomne[ii][9]	spin jądrowy[6]	typowy udział izotopu w wodzie (ułamek molowy)	zakres naturalnego zróżnicowania (ułamek molowy)
1H	1	0	1,00782503207(10)	stabilny[iii]			½+	0,999885(70)	0,999816–0,999974
2H	1	1	2,01410177785(36)	stabilny			1+	0,000115(70)	0,000026–0,000184
3H	1	2	3,0160492777(25)	12,32(2) a	β−	3He	½+	ślady[iv]
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	(½+)
6H	1	5	6,04494(28)	2,90(70)×10−22 s [1,6(4) MeV]	3n	3H	2−[v]
					4n	2H
7H	1	6	7,05275(108)[v]	2,3(6)×10−23 s[v] [20(5) MeV][v]			½+[v]
Uwagi W nawiasach podano niepewność pomiaru. Izotopy stabilne pogrubione. >6,6×1033 lat. Zob. rozpad protonu. Z oddziaływania promieniowania kosmicznego. Oparte przynajmniej częściowo na przewidywaniach.