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  tahun. Isotop yang lebih berat juga ada, semuanya sintetis dan memiliki waktu paruh kurang dari satu zeptodetik (10−21 detik).
Dari mereka semua, 5H adalah yang paling tidak stabil, sedangkan 7H adalah yang paling stabil.

Hidrogen adalah satu-satunya unsur yang isotopnya memiliki nama berbeda yang tetap umum digunakan saat ini: isotop 2H (atau hidrogen-2) bernama deuterium dan 3H (atau hidrogen-3) bernama tritium. 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. Isotop 1H, yang tidak memiliki neutron, kadang-kadang disebut protium. (Selama studi awal tentang radioaktivitas, beberapa isotop radioaktif berat lainnya diberi nama, tetapi nama seperti itu jarang digunakan saat ini.)

Daftar isotop

|-
| 
| 1
| 0
| 
| colspan=3 align=center|Stabil
| 1/2+
| colspan="2" style="text-align:center" | [, ]
| Protium
|-
|  (D)
| 1
| 1
| 
| colspan=3 align=center |Stabil
| 1+
| colspan="2" style="text-align:center" | [, ]
| Deuterium
|-
|  (T)
| 1
| 2
| 
|  thn
| β−
| 
| 1/2+
| Renik
|
| Tritium

|-
| 
| 1
| 3
| 
|  ydtk
| n
| 
| 2−
|
|
|-
| 
| 1
| 4
| 
|  ydtk
| 2n
| 
| (1/2+)
|
|
|-
| rowspan=2|
| rowspan=2|1
| rowspan=2|5
| rowspan=2|
| rowspan=2| ydtk
| n ?
|  ?
| rowspan=2|2−#
| rowspan=2|
| rowspan=2|
|-
| 3n ?
|  ?
|-
| 
| 1
| 6
| #
|  ydtk
| 2n ?
|  ?
| 1/2+#
| 
|

Hidrogen-1 (Protium)

1H (massa atom  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  dan  tahun. 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  tahun.

Hidrogen-2 (Deuterium)

2H (massa atom  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)

3H (massa atom  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  tahun. 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. 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  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. 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  yoktodetik (atau  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  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. 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  yoktodetik ( detik) - waktu paruh terpendek dari semua nuklida yang diketahui.

Hidrogen-6
6H (massa atom  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  yoktodetik ( detik).

Hidrogen-7
7H (massa atom  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). Hydrogen-7 memiliki waktu paruh  yoktodetik ((5,58) detik).

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.

Waktu peluruhan mereka dinyatakan dalam yoktodetik ( 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

Catatan

Referensi

Bacaan lebih lanjut

Isotop hidrogen
Hidrogen
Hidrogen