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Wasserstoff-Isotope

Liste, Daten und Eigenschaften aller bekannten natürlichen und künstlichen Isotope des Wasserstoffs sowie radioaktive Zerfallsprodukte bzw. Zwischenprodukte.



Wasserstoff Isotope

In der Natur tritt das chemische Element Wasserstoff in Form der drei 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:

 

Natürlich auftretende Wasserstoff-Isotope

Atommasse ArAnteilHalbwertszeitSpin
Wasserstoff
Isotopengemisch
1,008 u100 %
Isotop 1H1,0078250322(6) u99,99 %stabil1/2+
Isotop 2H2,0141017781(8) u0,01 %stabil1+
Isotop 3H3,01604928199(23) uSpuren12,32(2) Jahre1/2+

 

 

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
Nuklid
ZANNameAtommasse
[Kernmasse]
{Massenüberschuss}
Spin I
(h/2π)
μA-Nuk
123456789
1H110Wasserstoff-11,0078250322(6) u
[1,0072765 u]
{7,28897 MeV}
1/2++ 2,792847351(9)9B
2H121Wasserstoff-22,0141017781(8) u
[2,0135532 u]
{13,13572 MeV}
1++ 0,857438231(5)
3H132Wasserstoff-33,01604928199(23) u
[3,0155007 u]
{14,94981 MeV}
1/2++ 2,978962460(14)4H
5H
4H143Wasserstoff-44,02643(11) u
[4,0258814 u]
{24,61939 MeV}
2-
5H154Wasserstoff-55,03531(10) u
[5,0347614 u]
{32,89105 MeV}
(1/2+)
6H165Wasserstoff-66,04496(27) u
[6,0444114 u]
{41,87997 MeV}
(2-)
7H176Wasserstoff-77,05275(108) u
[7,0522014 u]
{49,13631 MeV}
1/2+

 

 

IsotopZerfall (radioaktiver Zerfall)AEMehr
HalbwertszeitZerfallsartAnteilEnergieInfo
1101112131415
H-1stabilAL
H-2stabilAL
H-312,32(2) Jahreβ- zu 3He100 %0,018592(0) MeVAL
H-41,39 × 10-22 sn zu 3H100 %23,51(11) MeVAL
H-58,61 × 10-23 sn zu 4H100 %25,44(95) MeVAL
H-62,94 × 10-22 sn 5H100 %24,280 MeVAL
H-75,07 × 10-21 s4n zu 3HAL

 

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; gegebenenfalls Trivialnamen.
6 - Relative Atommasse des Wasserstoff-Isotops (Isotopenmasse inklusive Elektronen) und in eckigen Klammern die Masse des Atomkerns (Kernmasse, Nuklidmasse ohne Elektronen), jeweils bezogen auf 12C = 12,00000 [2]. Zusätzlich ist der Massenüberschuss (Massenexzess) in MeV angegeben.
7 - Kernspin I, Einheit: h/2π.
8 - Kernmagnetisches Moment μmag.
9 - Ausgangsnuklide: Mögliche, angenommene oder tatsächliche Ausgangs-Nuklide (Mutternuklide, Elternnuklide). Die entsprechenden Zerfalls-Modi sind gegebenenfalls bei den Daten des jeweiligen Ausgangsnuklids zu finden.
10 - Zerfall: Halbwertszeiten des Wasserstoff-Isotops mit a = Jahre; ; d = Tage; h = Stunden; min = Minuten; s = Sekunden.
11 - 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.
12 - Zerfall: Zerfallsanteil in Prozent (%).
13 - Zerfall: Zerfallsenergie; Partikelenergie bezogen auf Zerfallsart.
14 - AE = Anregungsenergie für metastabile Kerne.
15 - Sonstige Informationen und Hinweise: AL = Weitere Niveaus, so genannte Adopted Levels (Verlinkung auf externe Daten [1]).

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
Anteil
Spin I
Kernmagnetisches
Moment
μ/μN
Gyromagnetisches
Verhältnis
107 rad T-1 s-1
Quadrupol-
Moment
Q fm-2
Resonanz-
Frequenz
v0 bei 1 T
Relative
Empfindlichkeit
H0 = const.
v0 = const. *
1H
99,99 %
1/2+
+ 2,792847351(9)26,67522242,57591,00000
1,00000
2H
0,01 %
1+
+ 0,857438231(5)4,10660,285783(30)6,53590,00965
0,4094
3H
Spuren
1/2+
+ 2,978962460(14)28,53545,41481,21354
1,0667

*) bezogen auf 1H = 1,000

 

Strahlenschutz

Für den Umgang mit den Wasserstoff-Radionukliden gelten gemäß Strahlenschutzverordnung (StrlSchV 2018) unter anderem folgende Werte (Spalten 1 bis 7):

NuklidFreigrenzenHRQ-SchwelleOFKTochternuklideHalbwertszeit
H-3109 Bq100 Bq/g2000 TBq100 Bq/cm2-12,3 Jahre

(HRQ = Hochradioaktive Quellen; OFK = Oberflächenkontamination)

 

Kernisobare Nuklide des Wasserstoffs

Zu den Wasserstoff-Nukliden isobare Atomkerne befinden sich in der jeweiligen Tabellenzeile; Z = Ordnungszahl; A = Nukleonenzahl (Massenzahl).

Z:12345
AHHeLiBeB
11H
22H
33H3He
44H4He4Li
55H5He5Li5Be
66H6He6Li6Be6B
77H7He7Li7Be7B

 

Kernisotone Nuklide des Wasserstoffs

Die zu den Wasserstoff-Kernen isotonen Nuklide befinden sich in der jeweiligen Tabellenzeile; N = Anzahl der Neutronen.


123456
1H2H3H4H5H6H7H
3He4He5He6He7He8He
4Li5Li6Li7Li8Li9Li
5Be6Be7Be8Be9Be10Be
6B7B8B9B10B11B
8C9C10C11C12C
10N11N12N13N
12O13O14O
14F15F
15Ne16Ne

 

Literatur und Hinweise

Eigenschaften der Wasserstoff-Isotope

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

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

[3] - Live Chart of Nuclides. Nuclear structure and decay data.

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

[4] - 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.

[5] - Pekka Pyykkö: Year-2008 nuclear quadrupole moments. Molecular Physics, (2008), DOI 10.1080/00268970802018367.

[6] - Pekka Pyykkö: Year-2017 nuclear quadrupole moments. Molecular Physics, (2018), DOI 10.1080/00268976.2018.1426131.

[7] - N. J. Stone: Table of recommended nuclear magnetic dipole moments. IAEA, (2019).

Weitere Quellen:

[8] - Isotopenhäufigkeiten, Atommassen und Isotopenmassen: Siehe unter dem jeweiligen Stichwort.

[9] - NN:
Wasserstoff-Isotopentrennung mit MOFs.
In: Internetchemie News, (2017), DOI https://www.internetchemie.info/news/2017/mar17/mof-wasserstoff-isotopentrennung.php.

 


Kategorie: Chemische Elemente

Letzte Änderung am 05.07.2020.



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