氢 (原子量 :1.00794(7))共有7个已知同位素 ,质量数 介于1-7之间,其中有2个是稳定 的,其他都具有放射性 。天然存在 的氢同位素有3个,分别是稳定的氕 ( piē ) (1 H)、氘 ( dāo ) (2 H)和具放射性 的氚 ( chuān ) (3 H),其中3 H在自然界中仅痕量 存在,为宇宙射线 所产生。另外四个同位素(4 H到7 H)都不出现在自然界中,只有在实验室 制造出来过,且半衰期 都少于10-21 秒,极为不稳定。氢是唯一一个天然同位素各拥有不同名称的元素 。虽然在一些有关放射性的早期文献中,一些属于自然界中三大衰变链 的放射性核素 也有自己专属的名称和化学符号 ,但是今日已经鲜少使用了。
氢 的三种同位素:氕、氘、氚
Quick Facts 同位素, 衰变 ...
主要的氢同位素
标准原子质量 (A r, 标准 ) [7000100784000000000♠ 1.00784 , 7000100811000000000♠ 1.00811 ][ 1] 传统: 1.008
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More information 符号, Z ...
符号
Z
N
同位素质量(u )[ 2] [ n 1] [ n 2]
半衰期 [ 3] [ n 2]
衰变 方式 [ 4]
衰变 产物 [ n 3]
原子核 自旋 [ n 1]
相对丰度 (摩尔 分率)[ 3] [ n 2]
相对丰度 的变化量 (摩尔 分率)
1 H
1
0
7000100782503190000♠ 1.007825 031 90 (1)
稳定 [ n 4] [ n 5]
1 ⁄2 +
6999999855000000000♠ 0.999855 (78)
6999999816000000000♠ 0.999816 –6999999974000000000♠ 0.999974
2 H , 2 D[ n 6]
1
1
7000201410177784000♠ 2.014101 777 84 (2)
稳定 [ n 7]
1+
6996145000000000000♠ 0.000145 (78)
6995259999999999999♠ 0.000026 –6996184000000000000♠ 0.000184
3 H , 3 T[ n 8]
1
2
7000301604928132000♠ 3.016049 281 32 (8)
7008388789632000000♠ 12.32(2) y
β−
3 He
1 ⁄2 +
痕量 [ n 9]
4 H
1
3
7000402643000000000♠ 4.02643 (11)
6978139000000000000♠ 1.39(10)× 10−22 s
n
3 H
2−
5 H
1
4
7000503531000000000♠ 5.03531 (10)
6977859999999999999♠ 8.6(6)× 10−23 s
2n
3 H
(1 ⁄2 + )
6 H
1
5
7000604496000000000♠ 6.04496 (27)
6978294000000000000♠ 2.94(67)× 10−22 s
2− #
7 H
1
6
7000705275000000000♠ 7.05275 (108) #
6978652000000000000♠ 6.52(558)× 10−22 s
1 ⁄2 + #
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画上#号的数据代表没有经过实验的证明,仅为理论推测。
半衰期大于7033659999999999999♠ 6.6× 1033 年 。参见质子衰变 。
在太初核合成 期间亦有生成,但都已衰变成3 He,因此现时地球上的3 H原子的皆非原初 的原子,而是由宇宙射线 作用所产生。
氕 的原子含有一个质子和一个电子氢原子 ,又称氕 ( piē ) ,是氢元素的原子 ,是构造最简单的原子。电中性 的氢原子含有一个正价的质子 与一个负价的电子 ,被库仑定律 束缚于原子核 内。
在大自然中,氢原子是氢元素最普遍的同位素,丰度 达99.98%,称为氢 、氢-1 或氕 ,为稳定同位素 。氢原子不含任何中子 ,而别的氢同位素则含有一个或多个中子。
氘的原子含有一个质子、一个中子和一个电子 氘 ( dāo ) ,亦称重氢 ,为氢的一种稳定同位素,元素符号 为D或2 H。它的原子核由一颗质子和一颗中子组成。在大自然的含量约为氕的7000分之一,丰度约为0.02%。
氚的原子含有一个质子、两个中子和一个电子 氚 ( chuān ) ,亦称超重氢 ,是氢的放射性同位素 之一,元素符号 为T或3 H。它的原子核由一颗质子和两颗中子所组成。氚带有放射性 ,会发生β衰变 成为氦-3 ,半衰期 为12.32年。氚是氢唯一的天然放射性同位素 ,在自然界中痕量 存在。
氢-4 是氢的一种人造放射性同位素 ,它包含了一个质子和三个中子,半衰期为1.39×10-22 秒,极为不稳定。
氢-5 是氢的一种人造放射性同位素,它包含了一个质子和四个中子,半衰期为8.6×10-23 秒,极为不稳定。
氢-6 是氢的一种人造放射性同位素,它包含了一个质子和五个中子,半衰期为2.94×10-22 秒,极为不稳定。
制备方法如下:[ 5]
Li
3
7
+
Li
3
7
⟶
H
1
6
+
B
5
8
{\displaystyle {\ce {_3^7Li + _3^7Li -> _1^6H + _5^8B}}}
氢-7 是氢的一种人造放射性同位素,它包含了一个质子和六个中子。它是由质子轰击氦-8同位素而成。在以上核反应中,氦-8的六个中子都给了那个质子,并变成2个质子。它的半衰期为6.52×10-22 秒,极为不稳定。
H
1
1
+
He
2
8
⟶
H
1
7
+
2
1
1
H
{\displaystyle {\ce {_1^1H + _2^8He -> _1^7H + 2_1^1H}}}
H
1
3
→
12.32
y
He
2
3
+
e
−
H
1
4
→
139
ys
H
1
3
+
n
0
1
H
1
5
→
86
ys
H
1
3
+
2
0
1
n
{\displaystyle {\begin{array}{rcl}\\{\ce {^{3}_{1}H}}&{\ce {->[12.32\ {\ce {y}}]}}&{\ce {{^{3}_{2}He}+e^{-}}}\\{\ce {^{4}_{1}H}}&{\ce {->[139\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{^{1}_{0}n}}}\\{\ce {^{5}_{1}H}}&{\ce {->[86\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{2_{0}^{1}n}}}\\\end{array}}}
Wang, Meng; Huang, W.J.; Kondev, F.G.; Audi, G.; Naimi, S. The AME 2020 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references. Chinese Physics C. 2021, 45 (3): 030003. doi:10.1088/1674-1137/abddaf .
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Fleming, D. G.; Arseneau, D. J.; Sukhorukov, O.; Brewer, J. H.; Mielke, S. L.; Schatz, G. C.; Garrett, B. C.; Peterson, K. A.; Truhlar, D. G. Kinetic Isotope Effects for the Reactions of Muonic Helium and Muonium with H2 . Science. 28 Jan 2011, 331 (6016): 448–450. PMID 21273484 . doi:10.1126/science.1199421 . (原始内容存档 于2011-11-17).