氫同位素

氫同位素

hydrogen isotope 自然界中的氫以氕(1H)、氘(2H)、氚(3H)三種同位素的形式存在。

分類

自然界中氫以1H(氕,H),2H(氘,D),3H(氚,T)三種同位素的形式存在,相對豐度分別為約99.985%、約0.015%、低於0.001%,其中氚具放射性,半衰期為12.33年。

基本信息

標準

天然物質的氫同位素組成由D/H比值確定的δ(D)表示,以標準平均海洋水(SMOW)作為標準品。

套用

在地球科學中氫同位素通常與氧同位素或碳同位素配合,研究大氣降水的成岩成礦作用及石油與天然氣的成因。可用於熱核反應和標記化合物等。

工業生產

液氫精餾、水電解或重水分解均可大規模製氘。液氖吸收法制氘的成本可與液氫精餾法相比。吸附分離與色譜分離是小規模製氘的好方法。利用像熱擴散塔中實行自然對流的電泳法,設備簡單、能耗小,預計可以以硫化氫雙溫交換過程(GS過程)競爭。雷射分離氫同位素是很有希望的方法。採用氟化氘-水雷射分離體系,投資比GS過程節約80%~90%,操作費用節約5/6,已接近實現工業生產水平。

氕〈名〉piē

原子質量為1的普通的輕氫同位素。

氫的同位素之一,符號H。質量數1。它是氫的主要成分。

氕(1H)通常稱為氫,它是氫的主要穩定同位素,其天然豐度為99.985%,按原子百分數計,它是宇宙中最多的元素,在地球上的含量僅次於氧,它主要分布於水及各種碳氫化合物中,在空氣中的含量僅為5X10 -5%。氕的原子序數為1,原子量為1.007947。在常溫下,它是無色無臭的氣體。

氘 dāo

氫的同位素,其原子量為普通輕氫的二倍,少量的存在於天然水中,用於核反應,並在化學和生物學的研究工作中作示蹤原子。

氘為氫的一種穩定形態同位素,也被稱為重氫,元素符號一般為D或2H。質量數2。它的原子核由一顆質子和一顆中子組成。在大自然的含量約為一般氫的7000分之一,用於熱核反應。

重氫在常溫常壓下為無色無嗅無毒可燃性氣體,是普通氫的一種穩定同位素。它在通常水的氫中含0.0139%~0.0157%。其化學性質與普通氫完全相同。但因質量大,反應速度小一些。

氚〈名〉chuān

氫的放射性同位素,原子量為普通氫的三倍,半衰期12.5年,蛻變時放出β射線後形成質量數為三的氦。用中子轟擊鋰可產生氚。

氫的同位素之一,即"超重氫"。符號T,質量數3。具有放射性。自然界中存在極微,從核反應製得。主要用於熱核反應。

氫-4

氫-4是氫的同位素之一,它包含了質子和三個中子。在實驗室里,是用氘的原子核來轟炸氚的原子核,來合成一個氫4的原子核。在這過程中,氚的原子核會從氘的原子核上吸收一個中子。氫4的質量為4.0279121U,半衰期為9.93696x10 秒。

氫-4.1

氫-4.1結構上類似氦,它包含了1個質子和2箇中子,但因其中一個電子被渺子。由於渺子的軌道特殊,軌道非常接近原子核,而最內側的電子軌道與渺子的軌道相較之下在很外側,因此,該渺子可視為原子核的一部分。所以整個原子可視為:“原子核由1個渺子、1個質子和2箇中子組成、外側只有一個電子”。因此可以視為一種氫的同位素,也是一種奇異原子。一個渺子重約0.1U,故名氫- 4.1(H)。氫-4.1原子可以與其他元素反應,和行為更像一個氫原子不是像惰性的氦原子。

氫-5

氫-5是氫的同位素之一,它的原子核包含了四個中子和一個質子,在實驗室里用一個氚的原子核來轟炸氚,這讓氚吸收兩個氚原子核的質子而形成了氫5。氫5的半衰期非常短,只有8.01930×10秒。

氫-6

氫-6不穩定的氫同位素之一,它包含了一個質子和五個中子,半衰期為3×10秒 。

氫-7

氫-7不穩定的氫同位素之一,它包含了一個質子和六個中子。

圖表

符號 Z(p) N(n) 原子質量單位 (u) 半衰期 原子核自鏇 豐度 豐度的變化率
1H 1 0 1.00782503207(10) 穩定 [>2.8×1023 年] 1/2+ 0.999885(70) 0.999816-0.999974
2H 1 1 2.0141017778(4) 穩定 1+ 0.000115(70) 0.000026-0.000184
3H 1 2 3.0160492777(25) 12.32(2) 年 1/2+ 痕量
4H 1 3 4.02781(11) 1.39(10)×10-22 s [4.6(9) MeV] 2-
4.1H2,有1個渺子24.11603(2181)#>2×10-6 s?0+#
5H 1 4 5.03531(11) >9.1×10-22 s ? (1/2+)
6H 1 5 6.04494(28) 2.90(70)×10-22 s [1.6(4) MeV] 2-#
7H 1 6 7.05275(108)# 2.3(6)×10-23# s [20(5)# MeV] 1/2+#

備註:畫上#號的數據代表沒有經過實驗的證明,只是理論推測而已,而用括弧括起來的代表數據不確定性。

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