Isotop hidrogen

Hidrogen (₁H) memiliki tiga isotop alami, kadang-kadang dilambangkan dengan ¹H, ²H, dan ³H. ¹H dan ²H adalah isotop stabil, sedangkan ³H adalah radioisotop dengan waktu paruh 12,32(2) tahun.^{[2][nb 1]} Isotop yang lebih berat juga ada, semuanya sintetis dan memiliki waktu paruh kurang dari satu zeptodetik (10⁻²¹ detik).^[3][4] Dari mereka semua, ⁵H adalah yang paling tidak stabil, sedangkan ⁷H adalah yang paling stabil.

Isotop utama hidrogen

Iso­top Peluruhan kelim­pahan waktu paruh (t1/2) mode pro­duk 1H [99,972%, 99,999%] stabil 2H [0,001%, 0,028%] stabil 3H renik 12,32(2) thn β− 3He
Berat atom standar Ar°(H)	[1,00784, 1,00811] 1,0080±0,0002 (diringkas)[1]
lihat bicara sunting

Tiga isotop hidrogen yang paling stabil: protium (A = 1), deuterium (A = 2), dan tritium (A = 3).

Hidrogen adalah satu-satunya unsur yang isotopnya memiliki nama berbeda yang tetap umum digunakan saat ini: isotop ²H (atau hidrogen-2) bernama deuterium^[5] dan ³H (atau hidrogen-3) bernama tritium.^[6] Lambang D dan T terkadang digunakan untuk deuterium dan tritium. IUPAC menerima lambang D dan T, tetapi merekomendasikan penggunaan lambang isotop standar (²H dan ³H) sebagai gantinya untuk menghindari kebingungan dalam pengurutan abjad rumus kimia.^[7] Isotop ¹H, yang tidak memiliki neutron, kadang-kadang disebut protium.^[8] (Selama studi awal tentang radioaktivitas, beberapa isotop radioaktif berat lainnya diberi nama, tetapi nama seperti itu jarang digunakan saat ini.)

Daftar isotop

Nuklida[9]	Z	N	Massa isotop (Da)[10] [n 1]	Waktu paruh	Mode peluruhan [n 2]	Isotop anak [n 3]	Spin dan paritas [n 4][n 5]	Kelimpahan alami (fraksi mol)		Catatan
								Proporsi normal	Rentang variasi
1H	1	0	1,007825031898(14)	Stabil[n 6][n 7]			1/2+	[0,99972, 0,99999][11]		Protium
2H (D)[n 8][n 9]	1	1	2,014101777844(15)	Stabil			1+	[0,00001, 0,00028][11]		Deuterium
3H (T)[n 10]	1	2	3,016049281320(81)	12,32(2) thn	β−	3He	1/2+	Renik[n 11]		Tritium
4H	1	3	4,02643(11)	139(10) ydtk	n	3H	2−
5H	1	4	5,03531(10)	86(6) ydtk	2n	3H	(1/2+)
6H	1	5	6,04496(27)	294(67) ydtk	n ?[n 12]	5H ?	2−#
					3n ?[n 12]	3H ?
7H	1	6	7,052750(108)#	652(558) ydtk	2n ?[n 12]	5H ?	1/2+#
Header & footer tabel ini:  view

1. ( ) – Ketidakpastian (1σ) diberikan dalam bentuk ringkas dalam tanda kurung setelah digit terakhir yang sesuai.
2. Mode peluruhan:

   n:	Emisi neutron

3. Simbol tebal sebagai anak – Produk anak stabil.
4. ( ) nilai spin – Menunjukkan spin dengan argumen penempatan yang lemah.
5. # – Nilai yang ditandai # tidak murni berasal dari data eksperimen, tetapi setidaknya sebagian dari tren nuklida tetangga (trends of neighboring nuclides, TNN).
6. Kecuali jika peluruhan proton dapat terjadi.
7. Ia adalah satu dari dua nuklida stabil dengan lebih banyak proton daripada neutron. Yang lain adalah ³He.
8. Diproduksi selama nukleosintesis Ledakan Dahsyat.
9. Salah satu dari sedikit inti ganjil-ganjil yang stabil
10. Diproduksi selama nukleosintesis Ledakan Dahsyat, tetapi bukan primordial, karena semua atom tersebut telah meluruh menjadi ³He.
11. Kosmogenik
12. Mode peluruhan yang ditunjukkan secara energetik diperbolehkan, tetapi belum diamati secara eksperimental terjadi dalam nuklida ini.

Hidrogen-1 (Protium)

Artikel utama: Atom hidrogen

Protium, isotop hidrogen yang paling umum, terdiri dari satu proton dan satu elektron. Ia terlihat unik di antara semua isotop stabil lainnya karena ia tidak memiliki satu pun neutron. (lihat diproton untuk pembahasan mengapa yang lain tidak ada)

¹H (massa atom 1,007825031898(14) Da) adalah isotop hidrogen yang paling umum dengan kelimpahan lebih dari 99,98%. Karena inti isotop ini hanya terdiri dari satu proton, maka ia diberi nama formal protium.

Proton tidak pernah teramati meluruh, dan oleh karena itu hidrogen-1 dianggap sebagai isotop stabil. Beberapa Teori Penyatuan Agung yang diusulkan pada 1970-an memprediksi bahwa peluruhan proton dapat terjadi dengan waktu paruh antara 10²⁸ dan 10³⁶ tahun.^[12] Jika prediksi ini terbukti benar, maka hidrogen-1 (dan semua inti yang sekarang diyakini stabil) hanya stabil secara pengamatan. Sampai saat ini, beberapa percobaan telah menunjukkan bahwa masa hidup rata-rata minimum proton adalah lebih dari 3,6×10²⁹ tahun.^[13]

Hidrogen-2 (Deuterium)

Artikel utama: Deuterium

Sebuah atom deuterium mengandung satu proton, satu neutron, dan satu elektron.

²H (massa atom 2,014101777844(15) Da), adalah isotop hidrogen stabil lainnya, dikenal sebagai deuterium dan mengandung satu proton dan satu neutron dalam intinya. Inti deuterium disebut deuteron. Deuterium terdiri dari 0,0026-0,0184% (berdasarkan populasi, bukan massa) sampel hidrogen di Bumi, dengan jumlah yang lebih rendah cenderung ditemukan dalam sampel gas hidrogen dan pengayaan yang lebih tinggi (0,015% atau 150 ppm) khas air laut. Deuterium di Bumi telah diperkaya sehubungan dengan konsentrasi awalnya di Ledakan Dahsyat dan Tata Surya bagian luar (sekitar 27 ppm, menurut fraksi atom) dan konsentrasinya di bagian galaksi Bima Sakti yang lebih tua (sekitar 23 ppm). Agaknya perbedaan konsentrasi deuterium di Tata Surya bagian dalam adalah karena volatilitas yang lebih rendah dari gas dan senyawa deuterium, memperkaya fraksi deuterium di komet dan planet yang terpapar panas signifikan dari Matahari selama miliaran tahun evolusi Tata Surya.

Deuterium tidak radioaktif, dan tidak mewakili bahaya toksisitas yang signifikan. Air yang diperkaya dengan molekul yang mengandung deuterium dan bukan protium disebut air berat. Deuterium dan senyawanya digunakan sebagai label non-radioaktif dalam eksperimen kimia dan pelarut untuk spektroskopi resonansi magnetik nuklir ¹H. Air berat digunakan sebagai moderator neutron dan pendingin untuk reaktor nuklir. Deuterium juga merupakan bahan bakar potensial untuk fusi nuklir komersial.

Hidrogen-3 (Tritium)

Artikel utama: Tritium

Sebuah atom tritium mengandung satu proton, dua neutron, dan satu elektron.

³H (massa atom 3,016049281320(81) Da) dikenal sebagai tritium dan mengandung satu proton dan dua neutron dalam intinya. Ia radioaktif, meluruh menjadi helium-3 melalui peluruhan β− dengan waktu paruh 12,32(2) tahun.^{[nb 1][2]} Jumlah renik tritium terjadi secara alami karena interaksi sinar kosmik dengan gas atmosfer. Tritium juga telah dilepaskan selama uji coba senjata nuklir. Ia digunakan dalam senjata fusi termonuklir, sebagai pelacak dalam geokimia isotop, dan dikhususkan dalam perangkat penerangan bertenaga sendiri.

Metode yang paling umum untuk memproduksi tritium adalah dengan membombardir isotop alami litium, litium-6, dengan neutron dalam reaktor nuklir.

Tritium pernah digunakan secara rutin dalam eksperimen pelabelan kimia dan biologi sebagai pelacak radioaktif. Hal ini sudah menjadi kurang umum, tetapi masih terjadi.^[14] Fusi nuklir D-T menggunakan tritium sebagai reaktan utamanya, bersama dengan deuterium, membebaskan energi melalui hilangnya massa ketika kedua inti mereka bertabrakan dan melebur pada suhu tinggi.

Hidrogen-4

⁴H (massa atom 4,02643(11) Da) mengandung satu proton dan tiga neutron dalam intinya. Ia adalah isotop hidrogen yang sangat tidak stabil. Ia telah disintesis di laboratorium dengan membombardir tritium dengan inti deuterium yang bergerak cepat.^[15] Dalam percobaan ini, inti tritium menangkap neutron dari inti deuterium yang bergerak cepat. Kehadiran hidrogen-4 disimpulkan dengan mendeteksi proton yang dipancarkan. Ia meluruh melalui emisi neutron menjadi hidrogen-3 (tritium) dengan waktu paruh 139(10) yoktodetik (atau 1,39(10)×10⁻²² detik).

Dalam novel satir tahun 1955 The Mouse That Roared, nama quadium diberikan kepada isotop hidrogen-4 yang mengisi bom-Q yang direbut oleh Kadipaten Grand Fenwick dari Amerika Serikat.

Hidrogen-5

⁵H (massa atom 5,03531(10) Da) adalah isotop hidrogen yang sangat tidak stabil. Intinya terdiri dari satu proton dan empat neutron. Ia telah disintesis di laboratorium dengan membombardir tritium dengan inti tritium yang bergerak cepat.^[15][16] Dalam percobaan ini, satu inti tritium menangkap dua neutron dari tritium yang lain, menjadi sebuah inti dengan satu proton dan empat neutron. Proton yang tersisa dapat dideteksi, dan keberadaan hidrogen-5 disimpulkan. Ia meluruh melalui emisi neutron ganda menjadi hidrogen-3 (tritium) dan memiliki waktu paruh 86(6) yoktodetik (8,6(6)×10⁻²³ detik) - waktu paruh terpendek dari semua nuklida yang diketahui.^[2]

Hidrogen-6

⁶H (massa atom 6,04496(27) Da) meluruh baik melalui emisi neutron tiga kali lipat menjadi hidrogen-3 (tritium) atau emisi neutron empat kali lipat menjadi hidrogen-2 (deuterium) dan memiliki waktu paruh 294(67) yoktodetik (2,94(67)×10⁻²² detik).

Hidrogen-7

⁷H (massa atom 7,05275(108) Da) terdiri dari satu proton dan enam neutron. Ia pertama kali disintesis pada tahun 2003 oleh sekelompok ilmuwan Rusia, Jepang dan Prancis di Pabrik Sinar Isotop Radioaktif RIKEN dengan membombardir hidrogen dengan atom helium-8. Dalam reaksi yang dihasilkan, keenam neutron helium-8 disumbangkan kepada inti hidrogen. Dua proton yang tersisa dideteksi oleh "teleskop RIKEN", perangkat yang terdiri dari beberapa lapisan sensor, diposisikan di belakang target siklotron Sinar IR (RI Beam cyclotron).^[4] Hydrogen-7 memiliki waktu paruh 652(558) yoktodetik (6,52(5,58)×10⁻²² detik).^[2]

Rantai peluruhan

Mayoritas isotop hidrogen berat meluruh langsung menjadi ³H, yang kemudian meluruh menjadi isotop ³He yang stabil. Namun, ⁶H kadang-kadang diamati meluruh secara langsung menjadi ²H yang stabil.

${\displaystyle {\begin{array}{rcl}\\{\ce {^{3}_{1}H}}&{\ce {->[12,32\ {\ce {thn}}]}}&{\ce {{^{3}_{2}He}+e^{-}}}\\{\ce {^{4}_{1}H}}&{\ce {->[139\ {\ce {ydtk}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{^{1}_{0}n}}}\\{\ce {^{5}_{1}H}}&{\ce {->[86\ {\ce {ydtk}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{2_{0}^{1}n}}}\\{\ce {^{6}_{1}H}}&{\ce {->[294\ {\ce {ydtk}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{3_{0}^{1}n}}}\\{\ce {^{6}_{1}H}}&{\ce {->[294\ {\ce {ydtk}}]}}&{\ce {{^{2}_{1}H}+{4_{0}^{1}n}}}\\{\ce {^{7}_{1}H}}&{\ce {->[652\ {\ce {ydtk}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{4_{0}^{1}n}}}\\{}\end{array}}}$

Waktu peluruhan mereka dinyatakan dalam yoktodetik (10⁻²⁴ detik) untuk semua isotop tersebut kecuali ³H, yang dinyatakan dalam tahun.

Lihat pula

• Biogeokimia isotop hidrogen
• Hidrogen-4,1 (Helium muonik)
• Muonium – berperilaku seperti isotop ringan eksotis hidrogen
• Media tentang Isotopes of hydrogen di Wikimedia Commons

Catatan

1. Perhatikan bahwa NUBASE2020 menggunakan tahun tropis untuk mengkonversi antara tahun dan satuan waktu lainnya, bukan tahun Gregorian. Hubungan antara tahun dan satuan waktu lainnya dalam NUBASE2020 adalah sebagai berikut: 1 tahun = 365,2422 hari = 31.556.926 detik

Referensi

1. Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". Pure Appl. Chem. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
2. Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S.; Audi, G. (March 2021). "The NUBASE2020 evaluation of nuclear physics properties \ast". Chinese Physics C (dalam bahasa Inggris). 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae. ISSN 1674-1137. Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
3. Y. B. Gurov; et al. (2004). "Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei". Physics of Atomic Nuclei. 68 (3): 491–497. Bibcode:2005PAN....68..491G. doi:10.1134/1.1891200. Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
4. A. A. Korsheninnikov; et al. (2003). "Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. Bibcode:2003PhRvL..90h2501K. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501. PMID 12633420.
5. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, edisi ke-2 ("Buku Emas") (1997). Versi koreksi daring:  (2006–) "deuterium".
6. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, edisi ke-2 ("Buku Emas") (1997). Versi koreksi daring:  (2006–) "tritium".
7. International Union of Pure and Applied Chemistry (2005). Nomenclature of Inorganic Chemistry (IUPAC Recommendations 2005). Cambridge (UK): RSC–IUPAC. ISBN 0-85404-438-8. p. 48. Electronic version.
8. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, edisi ke-2 ("Buku Emas") (1997). Versi koreksi daring:  (2006–) "protium".
9. Waktu paruh, mode peluruhan, spin nuklir, dan komposisi isotop bersumber dari:
   Kondev, F.G.; Wang, M.; Huang, W.J.; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties" (PDF). Chinese Physics C. 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae.
10. Wang, Meng; Huang, W.J.; Kondev, F.G.; Audi, G.; Naimi, S. (2021). "The AME 2020 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references*". Chinese Physics C. 45 (3): 030003. doi:10.1088/1674-1137/abddaf.
11. "Atomic Weight of Hydrogen". CIAAW. Diakses tanggal 1 Juli 2022. Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
12. "Grand Unified Theories and Proton Decay", Ed Kearns, Universitas Boston, 2009, halaman 15. http://physics.bu.edu/NEPPSR/TALKS-2009/Kearns_GUTs_ProtonDecay.pdf
13. The SNO+ Collaboration; Anderson, M.; Andringa, S.; Arushanova, E.; Asahi, S.; Askins, M.; Auty, D. J.; Back, A. R.; Barnard, Z.; Barros, N.; Bartlett, D. (20 Februari 2019). "Search for invisible modes of nucleon decay in water with the SNO+ detector". Physical Review D. 99 (3): 032008. doi:10.1103/PhysRevD.99.032008. Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
14. Pfizer Japan. "Salinan arsip" (PDF). Pharmaceuticals and Medical Devices Agency (Japan). hlm. Second set, 6–7. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2022-03-24. Diakses tanggal 1 Juli 2022. LNP-mRNA berlabel [³H] Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
15. G. M. Ter-Akopian; et al. (2002). "Hydrogen-4 and Hydrogen-5 from t+t and t+d transfer reactions studied with a 57.5-MeV triton beam". AIP Conference Proceedings. 610: 920–924. Bibcode:2002AIPC..610..920T. doi:10.1063/1.1470062.
16. A. A. Korsheninnikov; et al. (2001). "Superheavy Hydrogen ⁵H". Physical Review Letters. 87 (9): 92501. Bibcode:2001PhRvL..87i2501K. doi:10.1103/PhysRevLett.87.092501. PMID 11531562.

Bacaan lebih lanjut

• Dumé, B. (7 Maret 2003). "Hydrogen-7 makes its debut". Physics World.