نظائر الهيدروجين

نظائر الهيدروجين ( _1H )​ 

النظائر الرئيسية فساد وفرة نصف العمر ( t 1/2 ) وضع منتج 1 ساعة 99.9855% مستقر 2 ساعة 0.0145% مستقر 3 ساعات يتعقب 12.32 سنة β − 3 هو
الوزن الذري القياسي A r °(H)
	[1.007 84 ، 1.008 11 ] [1] 1.0080 ± 0.0002  ( مختصر ) [2]
منظر يتحدث يحرر

يحتوي الهيدروجين ( _{1H ) على ثلاثة} نظائر طبيعية : ^1H و ² H و ³ H. ^1H و ² H مستقران، بينما ^3H له نصف عمر12.32(2) سنة. ^{[3] [nb 1]} توجد أيضًا نظائر أثقل؛ كلها اصطناعية ولها نصف عمر أقل من 1 زيبتوثانية (10 ⁻²¹  ثانية). ^{[4] [5]} من بين هذه النظائر، يعد ⁵ H هو الأقل استقرارًا، بينما ⁷ H هو الأكثر استقرارًا.

الهيدروجين هو العنصر الوحيد الذي تحمل نظائره أسماء مختلفة لا تزال مستخدمة بشكل شائع اليوم: ^2H هو الديوتيريوم ^[6] و ^3H هو التريتيوم . ^[7] تُستخدم الرموز D و T أحيانًا للديوتيريوم والتريتيوم؛ يقبل الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC ) هذه الرموز، لكنه يوصي بالرموز النظيرية القياسية ^2H و ^3H ، لتجنب الارتباك في الفرز الأبجدي للصيغ الكيميائية . ^[8] يمكن تسمية 1H، بدون نيوترونات، بالبروتيوم لإزالة الغموض. ^[ 9 ] ⁽ أثناء الدراسة المبكرة للنشاط الإشعاعي، تم إعطاء بعض النظائر المشعة الثقيلة الأخرى أسماء ، ولكن نادرًا ما تستخدم مثل هذه الأسماء اليوم.)

ملاحظة: "y" تعني سنة، ولكن "ys" تعني يوكتوثانية (10 ⁻²⁴ ثانية).

النويدة	ز	ن	الكتلة النظيرية ( Da ) [10] [n1]	نصف العمر [11]	وضع الاضمحلال [11] [n 2]	النظير الابنة [n 3]	الدوران والتكافؤ [11] [ n 4] [n 5]	الوفرة الطبيعية (الكسر المولي)		ملحوظة
								النسبة الطبيعية [11]	نطاق التباين
1 ساعة	1	0	1.007 825 031 898 (14)	مستقر [ن 6] [ن 7]			1/2+	[0.999 72 ،0.999 99 ] [12]		بروتيوم
2 ح (د) [ن 8] [ن 9]	1	1	2.014 101 777 844 (15)	مستقر			1+	[0.000 01 ،0.000 28 ] [12]		الديوتيريوم
3 ح (ت) [ن 10]	1	2	3.016 049 281 320 (81)	12.32(2) ي	β −	3 هو	1/2+	أثر [ن 11]		التريتيوم
4 ساعات	1	3	4.026 43 (11)	139(10)  سنة	ن	3 ساعات	2-
5 ساعات	1	4	5.035 31 (10)	86(6) سنة	2ن	3 ساعات	(1/2+)
6 ساعات	1	5	6.044 96 (27)	294(67) سنة			2-#
7 ساعات	1	6	7.052 750 (108) #	652(558) سنة			1/2+#
رأس وتذييل الجدول: منظر

^1H (الكتلة الذرية1.007 825 031 898 (14)  Da ) هو نظير الهيدروجين الأكثر شيوعًا، حيث تصل وفرته إلى >99.98%. تتكون نواته من بروتون واحد فقط ، لذا فإن اسمه الرسمي هو البروتيوم .

لم يتم ملاحظة تحلل البروتون مطلقًا، لذا يُعتبر ^1H نظيرًا مستقرًا. تتنبأ بعض النظريات الموحدة الكبرى المقترحة في سبعينيات القرن العشرين بأن تحلل البروتون يمكن أن يحدث بنصف عمر يتراوح بين10 ²⁸ و10 ³⁶ عامًا. ^[14] إذا كان الأمر كذلك، فإن ¹ H (وكل النوى التي يُعتقد الآن أنها مستقرة) مستقرة رصديًا فقط . اعتبارًا من عام 2018، أظهرت التجارب أن متوسط ​​عمر البروتون هو >3.6 × 10 ²⁹ سنة. ^[15]

الديوتيريوم ، ^2H (الكتلة الذرية2.014 101 777 844 (15)  Da )، وهو نظير الهيدروجين المستقر الآخر، يحتوي على بروتون واحد ونيوترون واحد في نواته، ويُسمى الديوترون. يشتمل ^2H على 26-184 جزء في المليون (حسب عدد السكان وليس الكتلة) من الهيدروجين على الأرض؛ ويميل العدد الأقل إلى التواجد في غاز الهيدروجين والإثراء الأعلى (150 جزء في المليون) هو نموذجي لمياه البحر . تم إثراء الديوتيريوم على الأرض فيما يتعلق بتركيزه الأولي في الانفجار العظيم والنظام الشمسي الخارجي (≈27 جزء في المليون، حسب جزء الذرة) والأجزاء الأقدم من مجرة ​​درب التبانة (≈23 جزء في المليون). من المفترض أن التركيز التفاضلي للديوتيريوم في النظام الشمسي الداخلي يرجع إلى انخفاض تقلب غاز الديوتيريوم ومركباته، مما أدى إلى إثراء كسور الديوتيريوم في المذنبات والكواكب المعرضة لحرارة كبيرة من الشمس على مدى مليارات السنين من تطور النظام الشمسي .

الديوتيريوم ليس مشعًا ولا يشكل خطرًا سميًا كبيرًا. يُطلق على الماء المخصب بـ 2H اسم ^الماء الثقيل . يُستخدم الديوتيريوم ومركباته كعلامة غير مشعة في التجارب الكيميائية وفي المذيبات في مطيافية الرنين المغناطيسي النووي ^1H . يُستخدم الماء الثقيل كمهدئ للنيوترونات ومبرد للمفاعلات النووية. يُعد الديوتيريوم أيضًا وقودًا محتملًا للاندماج النووي التجاري .

التريتيوم ، ^3H (الكتلة الذرية3.016 049 281 320 (81)  Da )، يحتوي على بروتون واحد ونيوترونين في نواته (تريتون). وهو مشع ، β ⁻ يتحلل إلى هيليوم-3 بنصف عمر 12.32(2) سنة . ^{[nb 1] [3]} توجد آثار من ^3H بشكل طبيعي بسبب تفاعل الأشعة الكونية مع الغازات الجوية. كما تم إطلاق 3H في ^{التجارب} النووية . يتم استخدامه في القنابل الاندماجية ، كمادة تتبع في الكيمياء الجيولوجية النظيرية ، وفي أجهزة الإضاءة ذاتية التشغيل .

الطريقة الأكثر شيوعًا لإنتاج ^3H هي قصف نظير طبيعي لليثيوم ، ^6Li ، بالنيوترونات في مفاعل نووي .

يمكن استخدام التريتيوم في تجارب الوسم الكيميائي والبيولوجيا كمتتبع إشعاعي . ^{[16] [17]} يستخدم اندماج الديوتيريوم والتريتيوم ^2H و ³ H كمتفاعلات رئيسية، مما يعطي الطاقة من خلال فقدان الكتلة عندما تصطدم النواتان وتندمجان في درجات حرارة عالية.

^4H ( الكتلة الذرية 4.026 43 (11) )، مع بروتون واحد وثلاثة نيوترونات، هو نظير غير مستقر للغاية . تم تصنيعه في المختبر عن طريق قصف التريتيوم بالديوترونات سريعة الحركة؛ ^[18] حيث استحوذ التريتون على نيوترون من الديوترون. تم استنتاج وجود ^4H من خلال الكشف عن البروتونات المنبعثة. يتحلل عن طريق انبعاث النيوترون إلى ^3H بنصف عمر139(10)  سنة (أو1.39(10) × 10 ⁻²²  ثانية ).

في الرواية الساخرة " الفأر الذي زأر" الصادرة عام 1955، تم إطلاق اسم "quadium" على العنصر ⁴ H الذي كان يستخدم لتشغيل القنبلة Q التي استولت عليها دوقية جراند فينيك من الولايات المتحدة.

⁵ H ( الكتلة الذرية 5.035 31 (10) )، مع بروتون واحد وأربعة نيوترونات، غير مستقر للغاية. تم تصنيعه في المختبر عن طريق قصف التريتيوم بتريتونات سريعة الحركة؛ ^{[18] [19]} يلتقط أحد التريتونات نيوترونين من الآخر، ليصبح نواة بها بروتون واحد وأربعة نيوترونات. يمكن اكتشاف البروتون المتبقي، واستنتاج وجود ⁵ H. يتحلل عن طريق انبعاث نيوترون مزدوج إلى ³ H وله عمر نصف يبلغ86(6)  سنة (8.6(6) × 10 ⁻²³  ثانية ) - أقصر عمر نصف لأي نواة معروفة. ^[3]

⁶ H ( الكتلة الذرية 6.044 96 (27) ) له بروتون واحد وخمسة نيوترونات . وله عمر نصف يبلغ294(67)  سنة (2.94(67) × 10 ⁻²²  ثانية ).

^7H ( الكتلة الذرية 7.052 75 (108) ) له بروتون واحد وستة نيوترونات . تم تصنيعه لأول مرة في عام 2003 من قبل مجموعة من العلماء الروس واليابانيين والفرنسيين في مصنع شعاع النظائر المشعة في ريكن عن طريق قصف الهيدروجين بذرات الهيليوم 8 ؛ تم التبرع بجميع نيوترونات الهيليوم 8 الستة لنواة الهيدروجين. تم الكشف عن البروتونين المتبقيين بواسطة "تلسكوب ريكن"، وهو جهاز مصنوع من عدة طبقات من أجهزة الاستشعار، موضوع خلف هدف سيكلوترون شعاع ريكن. ^[5] يبلغ عمر النصف للهيدروجين ⁷ 652(558)  سنة (6.52(558) × 10 ⁻²²  ثانية ). ^[3]

^{يتحلل 4H} و ⁵ H مباشرة إلى ^3H ، والذي يتحلل بعد ذلك إلى ^3He المستقر. لم يتم ملاحظة تحلل النظائر الأثقل، ^6H و ⁷ H ، تجريبيًا. ^[11]

${\displaystyle {\begin{array}{rcl}\\{\ce {^{3}_{1}H}}&{\ce {->[12.32\ {\ce {y}}]}}& {\ce {{^{3}_{2}هو}+e^{-}}}\\{\ce {^{4}_{1}H}}&{\ce {->[139\ {\م {ys}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{^{1}_{0}n}}}\\{\ce {^{5}_{1 }H}}&{\ce {->[86\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{2_{0}^{1}n}}}\\{}\end{صفيف}}}$

أوقات الاضمحلال هي باليوكتوثانية (10 ⁻²⁴  ثانية ) لجميع هذه النظائر باستثناء ^3H ، الذي يكون بالسنوات.

• ذرة الهيدروجين
• الكيمياء الحيوية لنظائر الهيدروجين
• الهيدروجين 4.1 (الهيليوم الميوني)
• الميونيوم – يعمل مثل نظير خفيف غريب للهيدروجين
• الوسائط المتعلقة بـ نظائر الهيدروجين في ويكيميديا ​​كومنز

• دومي، ب. (7 مارس 2003). "ظهور الهيدروجين 7 لأول مرة" . عالم الفيزياء .