Termini

• Diatomicaconsistente di due atomi.
• isotopeForme di un elemento in cui gli atomi hanno un diverso numero di neutroni all’interno dei loro nuclei., Di conseguenza, gli atomi dello stesso isotopo avranno lo stesso numero atomico, ma un numero di massa diverso.

Proprietà degli isotopi dell’idrogeno

L’idrogeno ha tre isotopi naturali: 1H (protio), 2H (deuterio) e 3H (trizio). Altri nuclei altamente instabili (da 4H a 7H) sono stati sintetizzati in laboratorio, ma non si verificano in natura. Il radioisotopo più stabile dell’idrogeno è il trizio, con un’emivita di 12,32 anni. Tutti gli isotopi più pesanti sono sintetici e hanno un’emivita inferiore a uno zeptosecondo (10-21 sec)., Di questi, 5H è il più stabile e l’isotopo meno stabile è 7H .

Protium

1H è l’isotopo dell’idrogeno più comune con un’abbondanza superiore al 99,98%. Il nucleo di questo isotopo è costituito da un solo protone (numero atomico = numero di massa = 1) e la sua massa è 1,007825 amu., L’idrogeno si trova generalmente come gas idrogeno biatomico H2, o si combina con altri atomi in composti-l’idrogeno monoatomico è raro. Il legame H-H è uno dei legami più forti in natura, con un’entalpia di dissociazione del legame di 435,88 kJ / mol a 298 K. Di conseguenza, H2 si dissocia solo in misura minore fino a raggiungere temperature più elevate. A 3000K, il grado di dissociazione è solo del 7,85%. Gli atomi di idrogeno sono così reattivi che si combinano con quasi tutti gli elementi.

Il deuterio

2H, o deuterio (D), è l’altro isotopo stabile dell’idrogeno. Ha un’abbondanza naturale di ~156.,25 ppm negli oceani, e rappresenta circa lo 0,0156% di tutto l’idrogeno trovato sulla terra. Il nucleo del deuterio, chiamato deuterone, contiene un protone e un neutrone (numero di massa = 2), mentre l’isotopo dell’idrogeno molto più comune, il protio, non ha neutroni nel nucleo. A causa del neutrone extra presente nel nucleo, il deuterio è circa il doppio della massa del protio (il deuterio ha una massa di 2,014102 amu, rispetto alla massa atomica di idrogeno media di 1,007947 amu)., Il deuterio si presenta in tracce naturalmente come gas deuterio, scritto 2H2 o D2, ma si trova più comunemente nell’universo legato con un atomo di protio 1H, formando un gas chiamato deuteride di idrogeno (HD o 1H2H).

Chimicamente, il deuterio si comporta in modo simile all’idrogeno ordinario (protio), ma ci sono differenze nell’energia del legame e nella lunghezza per i composti degli isotopi pesanti dell’idrogeno, che sono più grandi delle differenze isotopiche in qualsiasi altro elemento., I legami che coinvolgono deuterio e trizio sono un po ‘ più forti dei corrispondenti legami nel protio e queste differenze sono sufficienti per apportare cambiamenti significativi nelle reazioni biologiche. Il deuterio può sostituire il normale idrogeno nelle molecole d’acqua per formare acqua pesante (D2O), che è circa il 10,6% più densa dell’acqua normale. L’acqua pesante è leggermente tossica negli animali eucariotici, con il 25% di sostituzione dell’acqua corporea che causa problemi di divisione cellulare e sterilità e il 50% di sostituzione che causa la morte per sindrome citotossica (insufficienza del midollo osseo e insufficienza del rivestimento gastrointestinale)., Il consumo di acqua pesante non rappresenta una minaccia per la salute umana. Si stima che una persona di 70 kg possa bere 4,8 litri di acqua pesante senza gravi conseguenze.

L’uso più comune per il deuterio è nella spettroscopia di risonanza nucleare. Poiché la risonanza magnetica nucleare (NMR) richiede che i composti di interesse siano sciolti in soluzione, il segnale della soluzione non deve essere registrato nell’analisi., Mentre NMR analizza gli spin nucleari degli atomi di idrogeno, la diversa proprietà di spin nucleare del deuterio non viene “vista” dallo strumento NMR, rendendo i solventi deuterati altamente desiderabili a causa della mancanza di interferenza del segnale del solvente.

Il trizio

3H è noto come trizio e contiene un protone e due neutroni nel suo nucleo (numero di massa = 3)., È radioattivo, decadendo in elio-3 attraverso il decadimento beta accompagnato da un rilascio di 18,6 keV di energia. Ha un’emivita di 12,32 anni. Il trizio naturale è estremamente raro sulla Terra, dove le tracce si formano dall’interazione dell’atmosfera con i raggi cosmici.

Isotopi sintetici più pesanti

4H contiene un protone e tre neutroni nel suo nucleo. È un isotopo altamente instabile dell’idrogeno. È stato sintetizzato in laboratorio bombardando il trizio con nuclei di deuterio in rapido movimento., In questo esperimento, i nuclei di trizio catturarono neutroni dal nucleo di deuterio in rapido movimento. La presenza dell’idrogeno-4 è stata dedotta rilevando i protoni emessi. La sua massa atomica è 4.02781 ± 0.00011 amu. Decade attraverso l’emissione di neutroni con un’emivita di 1,39 ×10-22 secondi.

5H è un altro isotopo pesante altamente instabile dell’idrogeno. Il nucleo è costituito da un protone e quattro neutroni. È stato sintetizzato in laboratorio bombardando il trizio con nuclei di trizio in rapido movimento., Un nucleo di trizio cattura due neutroni dall’altro, diventando un nucleo con un protone e quattro neutroni. Il protone rimanente può essere rilevato e l’esistenza di idrogeno-5 dedotta. Decade attraverso doppia emissione di neutroni e ha un’emivita di almeno 9,1 × 10-22 secondi.

6H decade attraverso tripla emissione di neutroni e ha un’emivita di 2,90×10-22 secondi. Consiste di un protone e cinque neutroni.

7H consiste di un protone e sei neutroni., È stato sintetizzato per la prima volta nel 2003 da un gruppo di scienziati russi, giapponesi e francesi presso il RI Beam Science Laboratory di RIKEN, bombardando l’idrogeno con atomi di elio-8. I neutroni dell’elio-8 sono stati donati al nucleo dell’idrogeno. I due protoni rimanenti sono stati rilevati dal” RIKEN telescope”, un dispositivo composto da diversi strati di sensori, posizionati dietro il bersaglio del ciclotrone del fascio RI.