氢的同位素
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氢(原子量:1.00794(7))共有7个已知同位素,质量数介于1-7之间,其中有2个是稳定的,其他都具有放射性。天然存在的氢同位素有3个,分别是稳定的氕(1H)、氘(2H)和具放射性的氚(3H),其中3H在自然界中仅痕量存在,为宇宙射线所产生。另外四个同位素(4H到7H)都不出现在自然界中,只有在实验室制造出来过,且半衰期都少于10-21秒,极为不稳定。氢是唯一一个天然同位素各拥有不同名称的元素。虽然在一些有关放射性的早期文献中,一些属于自然界中三大衰变链的放射性核素也有自己专属的名称和化学符号,但是今日已经鲜少使用了。
同位素 | Z(p) | N(n) | 同位素质量(u) | 半衰期 | 衰变 方式[2] |
衰变 产物[n 1] |
原子核 自旋 |
相对丰度 (摩尔分率)[n 2] |
相对丰度的变化量 (摩尔分率) | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1H | 1 | 0 | 7000100782503207000♠1.00782503207(10) | 稳定[n 3][n 4] | 1⁄2+ | 6999999885000000000♠0.999885(70) | 6999999816000000000♠0.999816–6999999974000000000♠0.999974 | |||
2 H , 2 D [n 5] |
1 | 1 | 7000201410177780000♠2.0141017778(4) | 稳定[n 6] | 1+ | 6996115000000000000♠0.000115(70) | 6995259999999999999♠0.000026–6996184000000000000♠0.000184 | |||
3 H , 3 T [n 7] |
1 | 2 | 7000301604927770000♠3.0160492777(25) | 7008388789632000000♠12.32(2) y | β− | 3 He |
1⁄2+ | 痕量[n 8] | ||
4 H |
1 | 3 | 7000402780999999999♠4.02781(11) | 6978139000000000000♠1.39(10)×10−22 s [6987737001184020000♠4.6(9) MeV] |
n | 3 H |
2− | |||
4.1 H |
2 p |
1 μ− |
2 n |
7000411603000000000♠4.11603(2181)# | >6994200000000000000♠2×10−6 s ? | μ | 4 He , ve, vμ |
0+# | ||
5 H |
1 | 4 | 7000503531000000000♠5.03531(11) | >6978910000000000000♠9.1×10−22 s ? | 2n | 3 H |
(1⁄2+) | |||
6 H |
1 | 5 | 7000604494000000000♠6.04494(28) | 6978290000000000000♠2.90(70)×10−22 s [6987256348237920000♠1.6(4) MeV] |
n ?[n 9] | 5 H ? |
2−# | |||
3n ?[n 9] | 3 H ? | |||||||||
7 H |
1 | 6 | 7000705275000000000♠7.05275(108)# | 6977229999999999999♠2.3(6)×10−23 s# | 2n ?[n 9] | 5 H ? |
1⁄2+# |
备注:画上#号的数据代表没有经过实验的证明,仅为理论推测,而用括号括起来的数据代表不确定性。
氢原子,又称
在大自然中,氢原子是氢元素最普遍的同位素,丰度达99.98%,称为氢、氢-1或氕,为稳定同位素。氢原子不含任何中子,而别的氢同位素则含有一个或多个中子。
氢-4是氢的一种人造放射性同位素,它包含了一个质子和三个中子,半衰期为9.93696×10-23秒,极为不稳定。
氢-4.1结构上类似氦-4。它包含了2个质子和2个中子,但其中一个电子被μ子取代。由于μ子的轨道特殊,轨道非常接近原子核,而最内侧的电子轨道与μ子的轨道相较之下在很外侧,因此,该μ子可视为原子核的一部分,所以整个原子可视为:“原子核由1个μ子、2个质子和2个中子组成、外侧只有一个电子”,因此可以视为一种氢的同位素,也是一种奇异原子。一个μ子重约0.1U,故名氢- 4.1(4.1H)。氢-4.1原子可以与其他元素反应,其行为更像一个氢原子不是像惰性的氦原子[3]。
氢-5是氢的一种人造放射性同位素,它包含了一个质子和四个中子,半衰期为8.01930×10-23秒,极为不稳定。
氢-6是氢的一种人造放射性同位素,它包含了一个质子和五个中子,半衰期为3×10-22秒,极为不稳定。 制备方法如下:[4]
氢-7是氢的一种人造放射性同位素,它包含了一个质子和六个中子。它是由质子轰击氦-8同位素而成。在以上核反应中,氦-8的六个中子都给了那个质子,并变成2个质子。它的半衰期为2.3×10-23秒,极为不稳定。
- 稳定的衰变产物以粗体表示
- 指的是在水中。
- 此核素和3He是唯一质子数多于中子数的稳定核素。
- 少数稳定的奇奇核(英语:Even and odd atomic nuclei)之一
- 在太初核合成期间亦有生成,但都已衰变成3He,因此现时地球上的3H原子的皆非原初(英语:Primordial nuclide)的原子,而是由宇宙射线作用所产生。
- 天然存在的宇生核素(英语:Cosmogenic nuclide)。
- 衰变能量足以使该核素发生此种衰变模式,但尚未借由实验观察到该核素发生此种衰变。
- 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.
- 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).
- Aleksandrov, D.V.; Ganza, D.V.; Glukhov, Yu.A.; Novatskij, B.G.; Ogloblin, A.A.; Stepanov, D.N. Observation of unstable superheavy hydrogen isotope 6H in the 7Li(7Li, 8B) reaction. Yadernaya Fizika. 1984, 39 (3): 513–517.