Termes

• diatomique composé de deux atomes.
• isotopeformes d’un élément où les atomes ont un nombre différent de neutrons dans leurs noyaux., En conséquence, les atomes du même isotope auront le même numéro atomique, mais un nombre de masse différent.

propriétés des Isotopes de L’hydrogène

L’hydrogène a trois isotopes naturels: 1h (protium), 2h (deutérium) et 3h (tritium). D’autres noyaux très instables (4H à 7h) ont été synthétisés en laboratoire, mais ne se produisent pas dans la nature. Le radioisotope le plus stable de l’hydrogène est le tritium, avec une demi-vie de 12,32 ans. Tous les isotopes plus lourds sont synthétiques et ont une demi-vie inférieure à une zeptoseconde (10-21 sec)., Parmi ceux-ci, 5H est le plus stable et L’isotope le moins stable est 7H .

Protium

1h est l’isotope d’hydrogène le plus commun avec une abondance de plus de 99,98%. Le noyau de cet isotope est constitué d’un seul proton (numéro atomique = numéro de masse = 1) et sa masse est de 1,007825 amu., L’hydrogène est généralement trouvé sous forme d’hydrogène gazeux diatomique H2, ou il se combine avec d’autres atomes dans les composés—l’hydrogène monoatomique est rare. La Liaison H-H est l’une des liaisons les plus fortes de la nature, avec une enthalpie de dissociation de liaison de 435,88 kJ/mol à 298 K. en conséquence, H2 ne se dissocie que dans une mesure mineure jusqu’à ce que des températures plus élevées soient atteintes. À 3000K, le degré de dissociation n’est que de 7,85%. Les atomes d’hydrogène sont si réactifs qu’ils se combinent avec presque tous les éléments.

Deutérium

2h, ou deutérium (D), est l’autre isotope stable de l’hydrogène. Il a une abondance naturelle de ~156.,25 ppm dans les océans, et représente environ 0,0156% de tout l’hydrogène trouvé sur terre. Le noyau du deutérium, appelé deutéron, contient un proton et un neutron (nombre de masse = 2), tandis que l’isotope de l’hydrogène beaucoup plus commun, le protium, n’a pas de neutrons dans le noyau. En raison de la présence de neutrons supplémentaires dans le noyau, le deutérium est environ deux fois la masse du protium (le deutérium a une masse de 2,014102 amu, par rapport à la masse atomique moyenne de l’hydrogène de 1,007947 amu)., Le deutérium se présente naturellement à l’état de traces sous forme de gaz de deutérium, écrit 2H2 ou D2, mais se trouve le plus souvent dans l’univers lié à un atome de protium 1H, formant un gaz appelé deutérure d’hydrogène (HD ou 1H2H).

chimiquement, le deutérium se comporte de la même manière que l’hydrogène ordinaire (protium), mais il existe des différences d’énergie et de longueur de liaison pour les composés des isotopes de l’hydrogène lourd, qui sont plus grandes que les différences isotopiques de tout autre élément., Les liaisons impliquant le deutérium et le tritium sont un peu plus fortes que les liaisons correspondantes dans le protium, et ces différences sont suffisantes pour apporter des changements significatifs dans les réactions biologiques. Le deutérium peut remplacer l’hydrogène normal dans les molécules d’eau pour former de l’eau lourde (D2O), qui est environ 10,6% plus dense que l’eau normale. L’eau lourde est légèrement toxique chez les animaux eucaryotes, avec une substitution de 25% de l’eau corporelle causant des problèmes de division cellulaire et de stérilité, et une substitution de 50% entraînant la mort par syndrome cytotoxique (insuffisance de la moelle osseuse et insuffisance de la muqueuse gastro-intestinale)., La consommation d’eau lourde ne constitue pas une menace pour la santé humaine. On estime qu’une personne de 70 kg peut boire 4,8 litres d’eau lourde sans conséquences graves.

l’utilisation la plus courante pour le deutérium est en spectroscopie de résonance nucléaire. Comme la résonance magnétique nucléaire (RMN) exige que les composés d’intérêt soient dissous en solution, le signal de la solution ne doit pas être enregistré dans l’analyse., Comme la RMN analyse les spins nucléaires des atomes d’hydrogène, les différentes propriétés de spin nucléaire du deutérium ne sont pas « vues » par l’instrument de RMN, ce qui rend les solvants deutérés hautement souhaitables en raison de l’absence d’interférence solvant-signal.

Tritium

3H est connu sous le nom de tritium et contient un proton et deux neutrons dans son noyau (nombre de masse = 3)., Il est radioactif, se désintégrant en hélium – 3 par désintégration bêta accompagnée d’une libération de 18,6 keV d’énergie. Il a une demi-vie de 12.32 ans. Le tritium naturel est extrêmement rare sur Terre, où des traces sont formées par l’interaction de l’atmosphère avec les rayons cosmiques.

Isotopes synthétiques plus lourds

4H contient un proton et trois neutrons dans son noyau. C’est un isotope très instable de l’hydrogène. Il a été synthétisé en laboratoire en bombardant le tritium avec des noyaux de deutérium à déplacement rapide., Dans cette expérience, les noyaux de tritium ont capturé des neutrons du noyau de deutérium en mouvement rapide. La présence de l’hydrogène-4 a été déduite en détectant les protons émis. Sa masse atomique est de 4,02781 ± 0,00011 amu. Il se désintègre par émission de neutrons avec une demi-vie de 1,39 ×10-22 secondes.

5H est un autre isotope lourd très instable de l’hydrogène. Le noyau se compose d’un proton et de quatre neutrons. Il a été synthétisé en laboratoire en bombardant le tritium avec des noyaux de tritium en mouvement rapide., Un noyau de tritium capture deux neutrons de l’autre, devenant un noyau avec un proton et quatre neutrons. Le proton restant peut être détecté et l’existence de l’hydrogène-5 déduit. Il se désintègre par double émission de neutrons et a une demi-vie d’au moins 9,1 × 10-22 secondes.

6h se désintègre par triple émission de neutrons et a une demi-vie de 2,90×10-22 secondes. Il se compose d’un proton et de cinq neutrons.

7H se compose d’un proton et de six neutrons., Il a été synthétisé pour la première fois en 2003 par un groupe de scientifiques russes, japonais et français au RI Beam Science Laboratory de RIKEN, en bombardant de l’hydrogène avec des atomes d’hélium-8. Les neutrons de l’hélium-8 ont été donnés au noyau de l’hydrogène. Les deux protons restants ont été détectés par le « Riken telescope », un dispositif composé de plusieurs couches de capteurs, positionné derrière la cible du cyclotron à faisceau RI.