Isotop hidrogen

Hidrogen (H) (jisim atom piawai: 1.00782504(7) u) mempunyai tiga isotop yang terbentuk secara semulajadi, kadangkala dilambangkan sebagai 1
H
, 2
H
dan 3
H
. Nukleus-nukleus lain yang sangat tidak stabil (4
H
hingga 7
H
) telah dihasilkan di makmal, tetapi belum pernah dijumpai dalam alam semulajadi. Radioisotop hidrogen yang paling stabil ialah tritium dengan separuh hayat selama 12.32 tahun. Isotop-isotop lain yang lebih berat adalah sintetik dan mempunyai separuh hayat selama kurang dari satu zeptosaat (10-21 saat). Di antara mereka, 5
H
adalah yang paling stabil, manakala yang paling tidak stabil ialah 7
H
.

Protium, isotop hidrogen paling biasa, terdiri daripada satu proton dan satu elektron. Ia unik antara semua isotop stabil kerana tidak mempunyai neutron. (lihat diproton untuk penjelasan kenapa yang lain tidak boleh wujud)

Hidrogen ialah satu-satunya unsur yang isotopnya mempunyai nama-nama yang berbeza di dalam penggunaan seharian pada hari ini. Isotop 2
H
(atau H-2) biasanya dipanggil deuterium, manakala isotop 3
H
(atau H-3) biasanya dipanggil tritium. Simbol D dan T (berbanding 2
H
dan 3
H
) kadangkala digunakan untuk deuterium dan tritium. IUPAC menyatakan bahawa walaupun penggunaan simbol ini adalah biasa, ia tidak digalakkan. Isotop biasa hidrogen yang tidak mempunyai neutron kadangkala dipanggil "protium". (Sewaktu zaman awal kajian keradioaktifan, beberapa isotop berat radioaktif lain juga telah diberikan nama sendiri, namun nama-nama itu sangat jarang digunakan pada hari ini).

Hidrogen-1 (protium)Sunting

1
H
ialah isotop hidrogen yang paling biasa dengan ketumpatan sebanyak lebih daripda 99.98%. Oleh kerana nukleus isotop ini hanya terdiri daripada satu proton, ia diberikan nama yang menjelaskan tetapi kurang digunakan; protium.

Hidrogen-2 (deuterium)Sunting

2
H
, satu lagi isotop stabil hidrogen, dikenali dengan nama deuterium dan terdiri daripada satu proton dan satu neutron di dalam nukleusnya. Deuterium merangkumi 0.0026 - 0.0184% (berdasarkan populasi, bukan jisim) daripada sampel hidrogen yang terdapat di bumi. Sebahagian kecil nilai ini dijumpai dalam sampel-sampel gas hidrogen, dan sebahagian besar lagi terdapat dalam air laut (0.015% atau 150 ppm). Deuterium tidak radioaktif, dan tidak mendatangkan bahaya toksik yang tinggi. Air yang terdiri daripada deuterium berbanding hidrogen biasa digelar air berat. Deuterium dan sebatiannya digunakan sebagai label tidak radioaktif dalam uji kaji kimia dan sebagai pelarut dalam spektroskopi NMR 1
H
. Air berat digunakan sebagai penyederhana neutron dan penyejuk dalam reaktor nuklear. Deuterium juga berpotensi menjadi bahan api untuk pelakuran nuklear dagangan.

Hidrogen-3 (tritium)Sunting

3
H
dikenali sebagai tritium dan mengandungi 1 proton dan 2 neutron di dalam nukleusnya. Tritium adalah radioaktif; ia mereput melalui pereputan β untuk membentuk helium-3, dan mempunyai separuh hayat selama 12.32 tahun. Tritium dihasilkan secara semulajadi dalam jumlah yang sedikit melalui interaksi sinar kosmik dengan gas-gas di atmosfera. Tritium juga dilepaskan sewaktu ujian senjata nuklear. Ia digunakan dalam senjata pelakuran termonuklear, sebagai pengesan dalam geokimia isotop, dan dalam perkakas pencahayaan berkuasa sendiri.

Cara paling biasa untuk menghasilkan tritium ialah dengan melagakan litium-6, isotop biasa litium, dengan neutron di dalam reaktor nuklear.

Tritium pernah digunakan sebagai radiolabel dalam uji kaji pelabelan kimia dan biologi, namun kegunaannya untuk tujuan itu semakin berkurangan pada hari ini. Pelakuran nuklear D-T menggunakan tritium sebagai zat tindak balas utama bersama dengan deuterium. Proses ini membebaskan tenaga melalui kehilangan jisim apabila kedua-dua zarah itu bertembung dan melakur dalam suhu yang tinggi.

Isotop lainSunting

Hidrogen-4Sunting

4
H
mengandungi 1 proton dan 3 neutron di nukleusnya. Ia merupakan isotop hidrogen yang sangat tidak stabil. Ia telah disintesis di dalam makmal melalui perlanggaran atom tritium dengan atom deuterium yang bergerak pantas. Dalam uji kaji ini, nukleus tritium menangkap neutron dari nukleus deuterium. Kehadiran hidrogen-4 telah disimpulkan dengan mengesan proton yang telah dikeluarkan. Jisim atom bagi hidrogen-4 ialah 4.02781 ± 0.00011. Ia mereput melalui pemancaran neutron, dan mempunyai separuh hayat selama (1.39 ± 0.10) × 10−22 saat.

Hidrogen-5Sunting

5
H
ialah isotop hidrogen yang sangat tidak stabil, dengan 1 proton dan 4 neutron. Hidrogen-5 telah dihasilkan dengan melagakan tritium dengan tritium yang bergerak pantas. Dalam uji kaji ini, satu nukleus tritium menangkap dua neutron dari nukleus tritium yang bergerak laju, dan ia menjadi nukleus dengan satu proton dan empat neutron. Proton yang tinggal boleh dikesan dan kewujudan hidrogen-5 dapat disimpulkan. Ia mereput melalui dua pemancaran neutron dan mempunyai separuh hayat selama sekurang-kurangnya 9.1 × 10−22 saat.

Hidrogen-6Sunting

6
H
mereput melalui tiga pemancaran neutron dan mempunyai separuh hayat selama 2.90 × 10−22 saat. Ia terdiri daripada 1 proton dan 5 neutron.

Hidrogen-7Sunting

7
H
terdiri daripada 1 proton dan 6 neutron. Ia pertama kali disintesis pada 2003 oleh sekumpulan saintis Rusia, Jepun dan Perancis di RI Beam Science Laboratory di RIKEN. Ia disintesis dengan melagakan atom hidrogen dengan atom helium-8. Hasilnya, neutron-neutron 8
He
dipindahkan kepada nukleus hidrogen. Dua proton yang tinggal dikesan oleh "teleskop RIKEN", satu peranti yang terdiri daripada beberapa lapisan pengesan yang diletakkan di belakang sasaran siklotron RI Beam (RI Beam cyclotron).

JadualSunting

Simbol nuklid Z(p) N(n) Jisim isotop (u) Separuh hayat Pereputan Hasil pereputan Spin Pewakilan komposisi isotop (pecahan mol) Julat variasi semulajadi (pecahan mol)
1
H
1 0 1.00782503207(10) Stabil 12+ 0.999885(70) 0.999816–0.999974
2
H
1 1 2.0141017778(4) Stabil 1+ 0.000115(70) 0.000026–0.000184
3
H
1 2 3.0160492777(25) 12.32(2) a β- 3
He
12+ Sangat jarang(10-18)  
4
H
1 3 4.02781(11) 1.39(10)×10−22 s
[4.6(9) MeV]
n 3
H
2-    
5
H
1 4 5.03531(11) 9.1×10−22 s
2n 3
H
1/2+    
6
H
1 5 6.04496(27) 2.90(70)×10−22 s
[1.6(4) MeV]
3n 3
H
2−#
4n 2
H
7
H
1 6 7.05275(108) 2.3(6)×10−23 s
[20(5) MeV]
4n 3
H
1/2+