Isotopi dell'idrogeno
# Isotopi dell'idrogeno

In natura esistono tre isotopi dell'idrogeno (H): $^1H$ (prozio), $^2H$ (deuterio) e $^3H$ (trizio), mentre gli altri (da $^4H$ a $^7H)$ hanno un nucleo fortemente instabile che impedisce un'emivita superiore anche solo al millesimo di secondo.

## Descrizione

### Idrogeno-1 (prozio)

$^1H$ (massa atomica 1,007825032241(94) u) è il più comune isotopo dell'idrogeno, con un'abbondanza isotopica del 99,985%. Poiché il suo nucleo consiste solamente in un singolo protone, gli è stato dato il nome formale di prozio. Quindi, l'unico fra gli isotopi stabili a non avere neutroni.

### Idrogeno-2 (deuterio)

$^2H$ (massa atomica 2,01410177811(12) u), l'altro isotopo stabile dell'idrogeno, è conosciuto come deuterio e contiene all'interno del suo nucleo un protone ed un neutrone. La molecola che invece di due atomi di idrogeno ne ha due di deuterio $(D_2O)$ è chiamata acqua pesante e compone in piccola parte l'acqua che utilizziamo ogni giorno. Il deuterio è anche un potenziale carburante per i reattori a fusione nucleare.

### Idrogeno-3 (trizio)

$^3H$ (massa atomica 3,01604928199(23) u) è conosciuto come trizio e il suo nucleo è composto da un protone e due neutroni. È un isotopo radioattivo e decade in elio-3 attraverso decadimento β, con un'emivita di 12,32 anni. Tracce di trizio sono presenti in natura a causa dell'interazione tra i raggi cosmici e i gas atmosferici. È stato inoltre rilasciato nell'ambiente durante i test nucleari. Esso viene impiegato per la costruzione di armi termonucleari, come in geochimica isotopica e per la produzione di sorgenti luminose radioluminescenti. Il trizio è stato inoltre impiegato in medicina nucleare come tracciante negli esami diagnostici, ma oggi il suo utilizzo in questi esami è raro.

### Idrogeno-4

$^4H$ è un isotopo dell'idrogeno altamente instabile. Il nucleo contiene un protone e tre neutroni. È stato sintetizzato in laboratorio bombardando delle molecole di trizio con nuclei di deuterio ad alta velocità. In questo esperimento, i nuclei di trizio hanno catturato i neutroni dei nuclei di deuterio. La presenza di idrogeno-4 è stata dedotta individuando i protoni emessi. La massa atomica di questo isotopo è di 4.027806 ± 0.000110 uma. Decade tramite emissione di neutroni e ha un'emivita di (1.39 ± 0.10) × $10^{−22}$ secondi.

### Idrogeno-5

$^5H$ è un isotopo dell'idrogeno altamente instabile. Il nucleo contiene un protone e quattro neutroni. È stato sintetizzato in laboratorio bombardando delle molecole di trizio con nuclei di trizio ad alta velocità. In questo esperimento, un nucleo di trizio cattura due neutroni dell'altro, e si viene a formare un nucleo con un protone e quattro neutroni. I protoni rimanenti possono essere individuati, e quindi dedotta l'esistenza dell'idrogeno-5. Questo isotopo decade tramite emissione di neutroni e ha un'emivita di almeno 9.1 × $10^{−22}$ secondi. La sua massa atomica è di 5.035311 ± 0.000107 uma.

### Idrogeno-6

$^6H$ ha un protone e 5 neutroni, tende quindi a decadere con emissione di neutroni in due possibili catene di decadimento:

    $^6H$ → 3n + $^3H$ → $e^+$ + $^3He$
    $^6H$ → n + $^5H$ → 2n + $^3H$ → $e^+$ + $^3He$

L'idrogeno-6 ha un'emivita di $2,90×10^{−22}$ s che non ne permette alcun utilizzo pratico. Ha una massa atomica di 6,044942±0,000284 u.

### Idrogeno-7

$^7H$ è formato da un protone e sei neutroni. È stato sintetizzato per la prima volta da un gruppo di ricercatori russi, giapponesi e francesi al laboratorio RIKEN bombardando dell'idrogeno con degli atomi di elio-8.

## Tabella degli isotopi

Massa atomica standard: 1,00794 u

| simbolo | Z | N | massa isotopica (u) | emivita | spin nucleare | DM | DP | NA |
| - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| $^1H$ | 1 | 0 | 1.00782503207(10) | STABILE | +1/2 | | | 99,985% |
| $^2H$ | 1 | 1 | 2.0141017778(4) | STABILE | +1 | | | 0,015% |
| $^3H$ | 1 | 2 | 3.0160492777(25) | 12,32 anni | +1⁄2 | $β^−$ | $^3He$ | tracce |
| $^4H$ | 1 | 3 | 4.027806(111) | $1,39(0.10)×10^{−22}$ s | -2 | ? | $^3H$ | - |
| $^5H$ | 1 | 4 | 5.035311(107) | $>9,1×10^{−22}$ s ? | (+1⁄2) | | | - |
| $^6H$ | 1 | 5 | 6.044942(284) | $2,90(70)×10^{−22}$ s | -2 | n | $^3He$ | - |
| $^7H$ | 1 | 6 | 7.05275(108) | $2,3(6)×10^{−23}$ s | +1/2 | | | - |

## Catene di decadimento

La maggior parte degli isotopi pesanti dell'idrogeno decadono direttamente in $^3H,$ il quale a sua volta decade nell'isotopo stabile $^3He.$ Tuttavia è stato osservato che occasionalmente $^6H$ decade direttamente nello stabile $^2H.$

    ${\begin{array}{rcl}\\{\ce {^{3}_{1}H}}&{\ce {->[12.32\ {\ce {y}}]}}&{\ce {{^{3}_{2}He}+e^{-}}}\\{\ce {^{4}_{1}H}}&{\ce {->[139\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{^{1}_{0}n}}}\\{\ce {^{5}_{1}H}}&{\ce {->[>\ 910\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{2_{0}^{1}n}}}\\{\ce {^{6}_{1}H}}&{\ce {->[290\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{3_{0}^{1}n}}}\\{\ce {^{6}_{1}H}}&{\ce {->[290\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{2}_{1}H}+{4_{0}^{1}n}}}\\{\ce {^{7}_{1}H}}&{\ce {->[23\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{4_{0}^{1}n}}}\\\end{array}}$

Si noti che il tempo di decadimento è espresso in yoctosecondi per tutti gli isotopi eccetto $^3H,$ per il quale è espresso in anni.

