Скільки атом водню має ізотопи?

Це найпоширеніший елемент та ізотоп у природі.

Потім другий ізотоп - це дейтерій (утримання в природі не значно - тисячні частки відсотка).

У поєднанні з киснем дає т.зв. "важку воду", яка є хорошим поглиначем нейтронів і тому використовується в ядерній енергетиці.

З'єднання важкого водню з літієм – дейтерид літію – використовується як матеріал для виготовлення термоядерних зарядів.

І третій ізотоп водню – це тритій – радіоактивний ізотоп водню.

Період напіврозпаду 12,32 роки.

Його ядро ​​(зване також "тритоном") складається з одного протону і двох нейтронів.

в природі тритію зневажливо мало, землі він утворюється у верхніх шарах атмосфери при зіткненнях деяких атомів з космічними променями (наприклад атомів азоту).

Є відомості про існування ізотопів водню з атомними масами 4 - 7, але вони вкрай нестабільні - їхній час життя вимірюється в 10 мінус 22 - 23 секунди.

Можна вважати їх не самостійними ізотопами, а лише короткочасними нестійкими станами.

Ізотопи водню: властивості, характеристика та застосування

Будь-який хімічний елемент має різновиди природного чи штучного походження, які називаються ізотопами. Відмінність між ними полягає в неоднаковій кількості нейтронів в ядрах і, отже, в атомній вазі, а також у ступеня стабільності. Що ж до кількості протонів, воно однаково, завдяки чому елемент, власне, і залишається самим собою. У цій статті ми звернемося до ізотопів водню – найлегшого та найпоширенішого елемента у Всесвіті.Нам належить розглянути їх властивості, що у природі і область практичного застосування.

Скільки різновидів має водень

Відповідь це питання залежить від цього, які ізотопи водню мають на увазі.

Для цього елемента встановлено три природні ізотопні форми: протий – легкий водень, важкий дейтерій та надважкий тритій. Усі вони виявлені у природному вигляді.

Крім них, існують чотири штучно синтезовані ізотопи: квадій, пентій, гексій і септій. Характеризуються дані різновиду надзвичайною нестабільністю, час їх ядер виражається величинами порядку 10 -22 – 10 -23 секунд.

Таким чином, всього на сьогоднішній день у водню відомо сім ізотопних різновидів. На трьох з них, які мають практичне значення, ми зосередимо свою увагу.

Легкий водень

Це найпростіше влаштований атом. Ізотоп водню протий з атомною масою 1,0078 а. е. м. володіє ядром, до складу якого входить тільки одна частка - протон. Оскільки він стабільний (теоретично час життя протона оцінюється щонайменше ніж 2,9×10 29 років), то стабільний і атом протия. При записі ядерних реакцій він позначається як 1 H₁ (Нижній індекс - це атомний номер, тобто число протонів, верхній - загальна кількість нуклонів в ядрі), іноді просто p - "Протон".

Легкий ізотоп - це майже 99,99% водню; Тільки трохи більше однієї сотої відсотка посідає інші форми. Саме протий робить вирішальний внесок у поширеність водню в природі: у Всесвіті в цілому – близько 75 % маси баріонної речовини і приблизно 90 % атомів; Землі – 1 % маси і 17 % атомів всіх елементів, які входять до складу нашої планети.Взагалі, протий (точніше сказати, протон як один із головних компонентів Всесвіту) сміливо можна назвати найважливішим елементом. Він забезпечує можливість термоядерного синтезу в надрах зірок, у тому числі Сонця, і за рахунок нього утворюються інші елементи. Крім того, легкий водень відіграє важливу роль у побудові та функціонуванні живої речовини.

У молекулярній формі водень вступає у хімічні взаємодії за високих температур, оскільки для розщеплення його досить міцної молекули потрібно багато енергії. Атомарний водень має дуже високу хімічну активність.

Дейтерій

Тяжкий ізотоп водню має складніше влаштоване ядро, що складається з протона і нейтрона. Відповідно атомна маса дейтерію вдвічі більша – 2,0141. Прийняте позначення – 2 H₁ або D. Ця ізотопна форма також стабільна, тому що в процесах сильної взаємодії в ядрі протон і нейтрон постійно перетворюються один на одного, і останній не встигає зазнати розпаду.

На Землі водень містить від 0,011 до 0,016% дейтерію. Концентрація його різна залежно від середовища: у морській воді цього ізотопу більше, а у складі, наприклад, природного газу – значно менше. На інших тілах Сонячної системи ставлення дейтерію до легкого водню може бути іншим: так, лід деяких комет містить більшу кількість важкого ізотопу.

Дейтерій плавиться при 18,6 До (легкий водень – при 14 До), а кипить при 23,6 До (відповідна точка протию – 20,3 До).Важкий водень виявляє, загалом, самі хімічні властивості, як і протий, утворюючи всі характерні цього елемента типи сполук, проте йому притаманні деякі особливості, пов'язані з серйозною різницею в атомній масі – адже дейтерій важче вдвічі. Слід зазначити, що з цієї причини ізотопним формам водню властиві найбільші хімічні відмінності із всіх елементів. У цілому нині для дейтерію характерні нижчі (в 5 – 10 разів) швидкості перебігу реакцій.

Роль дейтерію у природі

Ядра важкого водню беруть участь у проміжних стадіях термоядерного циклу. Сонце світить завдяки цьому процесу, одному з етапів якого утворюється ізотоп водню дейтерій, зливаючись із протоном, народжує гелій-3.

Вода, до складу якої входить, крім протию, один атом дейтерію, називається напівважкою і має формулу HDO. У молекулі важкої води D₂O Дейтер повністю замінює легкий водень.

Тяжка вода характеризується уповільненим перебігом хімічних реакцій, внаслідок чого у великих концентраціях вона шкідлива для живих організмів, особливо вищих, таких як ссавці і в тому числі людина. Якщо у складі води чверть водню заміщена дейтерієм, тривале вживання її загрожує розвитком безпліддя, анемії та інших захворювань. При заміщенні 50% водню ссавці гинуть за тиждень вживання такої води. Що стосується короткочасних підвищення концентрації важкого водню у воді, вона практично нешкідлива.

Як отримують важкий водень

Найзручніше отримувати цей ізотоп у складі води. Є кілька способів збагачення води дейтерієм:

• Ректифікація – процес поділу сумішей на компоненти, що киплять за різної температури.Поділ досягається через багаторазове випаровування та конденсацію суміші ізотопів у рідкому водні або воді на спеціальному устаткуванні – ректифікаційних колонах, у яких потоки газоподібної та рідкої фаз йдуть у зустрічних напрямках.
• Електролітичний поділ. Метод заснований на тому, що при електролізі води від її молекул активніше відщеплюється легкий ізотоп. Електроліз проводять у кілька етапів.
• Іонний ізотопний обмін, у якому відбувається взаємне заміщення іонів різних ізотопів у складі реагентів. В даний час цей спосіб з використанням води та сірководню як реагуючі компоненти є найбільш ефективним і економічним.

Тритій

Надважкий ізотоп водню, в ядрі якого є протон і два нейтрони, має атомну масу 3,016 - приблизно втричі більше, ніж у протию. Тритій позначається символом Т чи 3 H₁. Він плавиться і кипить за ще більш високих температур: 20,6 К і 25 К відповідно.

Це радіоактивний нестабільний ізотоп із періодом напіврозпаду 12,32 року. Утворюється він за бомбардування ядер атмосферних газів, наприклад, азоту, частинками космічних променів. Розпад ізотопу відбувається з випромінюванням електрона (так званий бета-розпад), при цьому один нейтрон в ядрі перетворюється на протон, а хімічний елемент підвищує атомний номер на одиницю, стаючи гелієм-3. У природі тритій є у слідових кількостях – його дуже мало.

Надважкий водень утворюється у важководних ядерних реакторах під час захоплення дейтерієм повільних (теплових) нейтронів. Частина його доступна для вилучення і є джерелом тритію. Крім того, його одержують як продукт розпаду літію при опроміненні останнього тепловими нейтронами.

Тритій характеризується малою енергією розпаду і становить деяку радіаційну небезпеку лише у випадках, коли потрапляє всередину організму з повітрям чи їжею. Для захисту шкірних покривів від бета-випромінювання достатньо гумових рукавичок.

Застосування ізотопів водню

Легкий водень використовується в багатьох галузях: у хімічній промисловості, де з його допомогою ведеться виробництво аміаку, метанолу, соляної кислоти та інших речовин, у нафтопереробці та металургії, де він необхідний для відновлення тугоплавких металів з оксидів. Також він застосовується на деяких стадіях виробничого циклу (у виробництві твердих жирів) у харчовій та косметичній промисловості. Водень служить одним із видів ракетного палива і використовується в лабораторній практиці в науці та на виробництві.

Дейтерій незамінний в ядерній енергетиці як чудовий сповільнювач нейтронів. Він застосовується в цій якості, а також теплоносій у важководних реакторах, що дозволяють використовувати природний уран, що знижує витрати на збагачення. Він також поряд з тритієм є компонентом робочої суміші в термоядерній зброї.

Хімічні властивості важкого водню дозволяють використовувати його у виробництві медичних препаратів з метою уповільнення виведення їх із організму. І, нарешті, дейтерій (як і тритій) має перспективи як паливо в термоядерній енергетиці.

Отже, бачимо, що це ізотопи водню так чи інакше «знаходяться при справі» як і традиційних, і у високотехнологічних, мають приціл у майбутнє галузях техніки, технології та наукових досліджень про.