Wasserstoff-Isotope

Liste und Eigenschaften aller bekannten natürlichen und künstlichen Wasserstoff-Isotope.




Allgemeines

Wasserstoff

 

In der Natur tritt das chemische Element Wasserstoff in Form der 3 Isotope 1H (Protium), 2H (Deuterium, D) und 3H (Tritium, T) auf. Weitere, instabile Nuklide 4H bis 7H wurden künstlich erzeugt [d, e, f, g, h].

Natürlicher Wasserstoff ist damit ein Isotopengemisch aus Protium (99,985 %) und Deuterium (0,015 %) sowie einem zu vernachlässigenden Anteil an Tritium:

 

Natürlicher Wasserstoff
Isotopengemisch
H-Isotop1H H-Isotop 2H H-Isotop 3H
Atommasse [u] 1,008 1,0078250322(6) 2,0141017781(8) 3,0160492777(25)
Anteile 100 %  99,99 %  0,01 % Spuren
Schwankung 99,972 - 99,999 % 0,001 - 0,028 %

 

Protium

Von Protium oder leichtem Wasserstoff (früher auch: Haplogen) spricht man bei isotopenreinem Wasserstoff-1, 1H. Der Atomkern besteht aus nur einem Proton, ohne Neutronen, und stellt die häufigste Atomsorte im Universum dar.

 

Deuterium

Deuterium oder Schwerer Wasserstoff (früher auch: Diplogen) ist - neben Protium - ein stabiles Wasserstoff-Isotop mit einem Neutron im Atomkern. Der Deuteriumanteil am Wasserstoff auf der Erde variiert im Bereich von 0,0026 bis 0,0184 Atom-%.

 

Tritium

Tritium (auch: Überschwerer Wasserstoff; Superschwerer Wasserstoff; früher auch: Triplogen) ist ein nur in Spuren auftretendes Radioisotop. Das Vorkommen wird auf 1 Tritiumatom pro 1017 Protiumatome geschätzt. Auf der Erde findet man Tritium hauptsächlich in der Atmosphäre und im Wasser der Ozeane, gebildet durch Interaktion kosmischer Strahlung mit Atomen in der Erdatmosphäre, z. B.:

14N + n → 12C + 3H.

Künstlich kann Tritium durch Neutronenaktivierung von Lithium-6

6Li + n → 4He + 3H + 4,78 MeV

sowie durch Neutroneneinfang aus Deuterium in Schwerwasserreaktoren erzeugt werden. Darüber hinaus, jedoch in geringen Konzentrationen, tritt Tritium als Zerfallsprodukt von 3He sowie in bestimmten Fusionsreaktionen auf.

Tritium zerfällt unter Emission eines Elektrons und eines Antineutrinos zu 2He; E0 = 18,57 keV.

 

Künstliche Wasserstoffisotope

Die in der Natur nicht nachgewiesenen Wasserstoffisotope H-4 bis H-7 sind alle sehr kurzlebig und wurden künstlich z. B.

* 4H - durch Beschuss von Tritium mit schnellen Deuteriumkernen,

* 5H - durch Beschuss von Tritium mit schnellen Tritiumkernen und

* 7H - durch Beschuss von Wasserstoff mit Helium-8 Atomen

hergestellt [d, e, f, g, h].

Quadium ist ein in der Literatur geprägter Name für Wasserstoff-4 [i].

 

Exotische Isotope

Siehe: [[Myonium]], Mu; [[Antiwasserstoff]], H.

 

Isotopentabelle: Wasserstoff

Isotop Z A N Name Nuklidmasse Zerfall (radioaktiver Zerfall) Spin μ AE Mehr A-Nuk
Nu Isotopenmasse Halbwertszeit Zerfallsart Anteil Energie I (h/2π) Info
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1H110Protium1,0078250322(6)stabil1/2++ 2,792847351(28)AL 9B
2H121Deuterium D2,0141017781(8)stabil1++ 0,857438230(24)AL
3H132Tritium T3,01604927790(237)12,32(2) aß- zu 3He100 %0,018590(2) MeV1/2++ 2,97896248(7)AL 4H
5H
4H143Wasserstoff-44,026431864(107354)9,93696 × 10-23 sn zu 3H100 %23,51(11) MeV2-AL
5H154Wasserstoff-55,035311489(96020)8,01930 × 10-23 sn zu 4H100 %25,44(95) MeVAL
6H165Wasserstoff-66,044955434(272816)3,265 × 10-22 sn 5H100 %24,27(26) MeV(2-)AL

 

Erläuterungen zu den einzelnen Spalten:

1 - Symbol mit Nukleonenzahl.
2 - Z = Anzahl der Protonen (Ordnungszahl).
3 - Massenzahl A.
4 - N = Anzahl der Neutronen.
5 - Bezeichnung des Wasserstoff-Isotops.
6 - Relative Nuklidmasse bzw. Atomgewicht des Wasserstoff-Nuklids bezogen auf 12C = 12,00000 [2].
7 - Zerfall: Halbwertszeiten des Wasserstoff-Isotops mit a = Jahre; ; d = Tage; h = Stunden; min = Minuten; s = Sekunden.
8 - Zerfall: Zerfallsart in die jeweiligen Tochternuklide mit n = Neutronenemission; p = Protonenemission; α = Alpha-Zerfall; ß- = Beta-Minus-Zerfall unter Elektronenemission; EE = Elektroneneinfang; ß+ = Positronenemission; ε = ß+ und/oder EE; Iso = Isomerieübergang; CZ = Cluster-Zerfall; SZ = Spontanzerfall.
9 - Zerfall: Zerfallsart in Prozent (%).
10 - Zerfall: Zerfallsenergie; Partikelenergie bezogen auf Zerfallsart.
11 - Kernspin I, Einheit: h/2π.
12 - Kernmagnetisches Moment μmag.
13 - AE = Anregungsenergie für metastabile Kerne.
14 - Sonstige Informationen und Hinweise: AL = Weitere Niveaus, so genannte Adopted Levels (Verlinkung auf externe Daten [1]).
15 - Ausgangsnuklide: Mögliche, angenommene oder tatsächliche Ausgangs-Nuklide (Mutternuklide, Elternnuklide). Die entsprechenden Zerfalls-Modi sind gegebenenfalls bei den jeweiligen Ausgangsnukliden zu finden.

Sonstige:

()- Eingeklammerte Ziffern: Unsicherheit zur Darstellung der Streubreite des angegebenen Wertes.
~ - Theoretische Werte oder systematische Trends.
  - ungelistet-: Nuklide, die in der Literatur bereits erwänhnt wurden, aber aus irgendwelchen Gründen in den aktuellen Nuklidtabellen nicht mehr zu finden sind, weil sich deren Entdeckung z. B. nicht bestätigt hat.

 

NMR-aktive Wasserstoff-Nuklide

Nuklid Natürlicher Spin Kernmagnetisches Gyromagnetisches Quadrupol Resonanz- Relative Empfindlichkeit Anmerkung
Symbol Anteil Moment Verhältnis Moment frequenz bezogen auf 1H = 1,000
in % I μ/μN 107 rad T-1 s-1 Q fm-2 v0 bei 1 T H0 = const. v0 = const.
1H99,99 %1/2++ 2,792847351(28)26,67522242,57751,000001,00000
2H0,01 %1++ 0,857438230(24)4,10660,2860(15)6,53590,009650,4094
3HSpuren1/2++ 2,97896248(7)28,53545,41481,213541,0667

 

Strahlenschutz

Für den Umgang mit den Radionukliden des Wasserstoffs gelten gemäß Strahlenschutzverordnung (StrlSchV 2001) folgende Werte (Spalten 1 bis 7):

Symbol Nuklid Freigrenze HRQ-Schwelle OFK Tochternuklide Radiotoxizitätsklasse Halbwertszeit Biologische Kritische
Aktivität Spezifische
Aktivität
im Gleichgewicht lt. StrlSchV Halbwertszeit Organe
3HH-3109 Bq106 Bq/g4 × 1011 Bq102 Bq/cm2-4 - Freigrenze 3,7 MBq12,3 Jahre19 TageGanzer Körper

([[HRQ]] = Hochradioaktive Quellen; OFK = Oberflächenkontamination)

 

Kernisobare Nuklide des Wasserstoffs

Zu den Wasserstoffkernen [[isobare]] Nuklide befinden sich in der jeweiligen Tabellenzeile; Z = Ordnungszahl; A = Nukleonenzahl (Massenzahl).

 

Z:12345
AHHeLiBeB
11H
22H
33H3He
44H4He4Li
55H5He5Li5Be
66H6He6Li6Be6B

 

Kernisotone Nuklide des Wasserstoffs

Zu den Wasserstoff-Kernen [[isotone]] Nuklide befinden sich in der jeweiligen Tabellenzeile; N = Anzahl der Neutronen.

Z:123456789
NHHeLiBeBCNOF
12H3He4Li5Be6B
23H4He5Li6Be7B8C
34H5He6Li7Be8B9C10N
45H6He7Li8Be9B10C11N12O
56H7He8Li9Be10B11C12N13O14F

 

Nomenklatur und Bezeichnungen

TypWasserstoff H1H2H3HMu (μ+μ-)
Atom HHydrogenProtiumDeuteriumTritium[[Myonium]]
Kation H+HydronProtonDeuteronTritonMyon
Anion H-HydridProtidDeuteridTritidMyonid
H-GruppeHydroProtioDeuterioTritioMyonio
H+-ÜbertragungHydronierungProtonierungDeuteronierungTritonierungMyonierung
H-IsotopenaustauschProtiierungDeuteriierung[[Tritiierung]]Myoniierung

 

Quellen und Hinweise

* [a] - G. Audi et. al.: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. Nuclear Physics, 2003, DOI 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.

* [b] - NuDat: National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory, based on ENSDF and the Nuclear Wallet Cards.

* [c] - Wieser, Berglund: Atomic weights of the elements 2007 (IUPAC Technical Report); Pure Appl. Chem., 2009, Vol. 81, No. 11, pp. 2131-2156; doi:10.1351/PAC-REP-09-08-03.

* [d] - Gurov et al.: Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei. Physics of Atomic Nuclei, 2005, DOI 10.1134/1.1891200].

* [e] - Korsheninnikov et al.: Experimental Evidence for the Existence of 7H and for a Specific Structure of 8He. Physical Review Letters, 2003, DOI 10.1103/PhysRevLett.90.082501.

* [f] - Golovkov et al.: Observation of Excited States in 5H. Physical Review Letters, 2004, DOI 10.1103/PhysRevLett.93.262501.

* [g] - Korsheninnikov et al.: Superheavy Hydrogen 5H. Physical Review Letters, 2001, DOI 10.1103/PhysRevLett.87.092501.

* [h] - G. M. Ter-Akopian et al.: Hydrogen-4 and Hydrogen-5 from t+t and t+d transfer reactions studied with a 57.5-MeV triton beam. AIP Conf. Proc., 2002, DOI 10.1063/1.1470062.

* [i] - Leonard Wibberley, 1955: The Mouse That Roared. Deutsche Titel: 'Kleiner Staat ganz groß' und 'Die Maus, die brüllte' (ISBN 3-923997-13-2). Verfilmt 1959 als 'Die Maus, die brüllte".

 

Wasserstoff NMR Eigenschaften: 1H-NMR, 2H-NMR und 3H-NMR

* [j] - N. J. Stone: Table of nuclear magnetic dipole and electric quadrupole moments. Atomic Data and Nuclear Data Tables, 2005, DOI 10.1016/j.adt.2005.04.001].

* [k] - Pekka Pyykkö: Year-2008 nuclear quadrupole moments. Molecular Physics, 2008, DOI 10.1080/00268970802018367.

* [l] - [[Gyromagnetisches Verhältnis]]: Wert gemäß CODATA.

 

Isotopenhäufigkeiten, Atommassen und Isotopenmassen:

Siehe unter dem jeweiligen Stichwort.

Spezielles:

[1] - Wasserstoff-Isotopentrennung mit MOFs.
Internetchemie News, (2017).

 


Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 09. März 2017.







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