Isotop hidrogen

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
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)
  • [1,007841,00811]
  • 1,0080±0,0002 (diringkas)[1]
Tiga isotop hidrogen yang paling stabil: protium (A = 1), deuterium (A = 2), dan tritium (A = 3).

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.

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[sunting | sunting sumber]

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. ^ a b c Mode peluruhan yang ditunjukkan secara energetik diperbolehkan, tetapi belum diamati secara eksperimental terjadi dalam nuklida ini.

Hidrogen-1 (Protium)[sunting | sunting sumber]

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)[sunting | sunting sumber]

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)[sunting | sunting sumber]

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[sunting | sunting sumber]

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[sunting | sunting sumber]

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[sunting | sunting sumber]

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[sunting | sunting sumber]

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[sunting | sunting sumber]

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

Lihat pula[sunting | sunting sumber]

Catatan[sunting | sunting sumber]

  1. ^ a b 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[sunting | sunting sumber]

  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. ^ a b c d 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. 
  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. 
  4. ^ a b 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): RSCIUPAC. 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. ^ a b "Atomic Weight of Hydrogen". CIAAW. Diakses tanggal 1 Juli 2022. 
  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. 
  14. ^ Pfizer Japan. Pharmaceuticals and Medical Devices Agency (Japan) (PDF). hlm. Second set, 6–7 https://www.pmda.go.jp/drugs/2021/P20210212001/672212000_30300AMX00231_I100_1.pdf#page=16. Diakses tanggal 1 Juli 2022. LNP-mRNA berlabel [3H]  Tidak memiliki atau tanpa |title= (bantuan)
  15. ^ a b 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[sunting | sunting sumber]