Изотопы ядер химического элемента водорода
Водород — самый распространённый элемент во Вселенной. На его долю приходится около 88,6 % всех атомов (около 11,3 % составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых элементов — порядка 0,1 %). Таким образом, водород — основная составная часть звёзд и межзвёздного газа. В условиях звёздных температур (например, температура поверхности Солнца ~ 6000 °C) водород существует в виде плазмы, в межзвёздном пространстве этот элемент существует в виде отдельных молекул, атомов и ионов и может образовывать молекулярные облака, значительно различающиеся по размерам, плотности и температуре.
Водород — самый лёгкий газ, он легче воздуха в 14,4 раз. Очевидно, что чем меньше масса молекул, тем выше их скорость при одной и той же температуре. Как самые лёгкие, молекулы водорода движутся быстрее молекул любого другого газа и тем самым быстрее могут передавать теплоту от одного тела к другому. Отсюда следует, что водород обладает самой высокой теплопроводностью среди газообразных веществ. Его теплопроводность примерно в семь раз выше теплопроводности воздуха.
Водород хорошо растворим во многих металлах (Ni, Pt, Pd и др.), особенно в палладии (850 объёмов H2 на 1 объём Pd). С растворимостью водорода в металлах связана его способность диффундировать через них; диффузия через углеродистый сплав (например, сталь) иногда сопровождается разрушением сплава вследствие взаимодействия водорода с углеродом (так называемая декарбонизация). Практически не растворим в серебре.
Водород встречается в виде трёх изотопов, которые имеют индивидуальные названия:
3Н - тритий (T; радиоактивный).
Температура |
Температура |
Тройная |
Критическая |
Плотность жидкий / газ, кг/м³ |
|
H2 |
13,96 |
20,39 |
13,96 / 7,3 |
32,98 / 1,31 |
70,811 / 1,316 |
HD |
16,65 |
22,13 |
16,6 / 12,8 |
35,91 / 1,48 |
114,0 / 1,802 |
HT |
22,92 |
17,63 / 17,7 |
37,13 / 1,57 |
158,62 / 2,31 |
|
D2 |
18,65 |
23,67 |
18,73 / 17,1 |
38,35 / 1,67 |
162,50 / 2,23 |
DT |
24.38 |
19,71 / 19,4 |
39,42 / 1,77 |
211,54 / 2,694 |
|
T2 |
20,63 |
25,04 |
20,62 / 21,6 |
40,44 / 1,85 |
260,17 / 3,136 |
Протий и дейтерий являются стабильными изотопами с массовыми числами 1 и 2, содержание их в природе соответственно составляет 99,9885 ± 0,0070 % и 0,0115 ± 0,0070 %[4]. Изотоп водорода 3Н (тритий) радиоактивен и его период полураспада составляет 12,32 лет[4] и содержание трития в природе очень мало.
Ядро дейтерия состоит из одного электрона и двух протонов. Стабильность ядра обеспечивается кулоновским притяжением между электроном и протонами и отталкиванием протонов между собой. Поскольку электрон представляет из себя сгусток отрицательно заряженной энергии, протоны могут проникать в электрон.
Таблица изотопов водорода:
Символ |
Z(p) |
N(n) |
Масса изотопа |
Период |
Методы распада |
Спин и чётность |
Энергия возбуждения (кэВ) |
||||||
1H |
1 |
0 |
1,00782503207±(10) |
стабилен (>6,6×1033 лет) |
1⁄2+ |
|
2H |
1 |
1 |
2,0141017778±(4) |
стабилен |
1+ |
|
3H |
1 |
2 |
3,0160492777±(25) |
12,32±(2) лет |
β- |
1⁄2+ |
4H |
1 |
3 |
4,02781±(11) |
1,39±(10)×10-22 с |
n |
2- |
5H |
1 |
4 |
5,03531±(11) |
>9,1×10-22 с ? |
n |
(1⁄2+) |
6H |
1 |
5 |
6,04494±(28) |
2,90±(70)×10-22 с |
3n, 4n |
2-# |
7H |
1 |
6 |
7,05275±(108)# |
2,3±(6)×10-23 с# |
В отличие от существующих представлений, что ядра состоят из протонов и нейтронов, электромагнитная теория строения атомного ядра исключает нейтроны из ядра. Ядра состоят из протонов и электронов