氢的同位素

主要的氢同位素
标准原子质量（英语：Standard atomic weight） (Ar, 标准)	[1.00784, 1.00811]; 传统: 1.008;
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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）（¹H）、氘（dāo）（²H）和具放射性的氚（chuān）（³H），其中³H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（⁴H到⁷H）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。

图表

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）
¹H	1	0	7000100782503190000♠1.00782503190(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♠2.01410177784(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♠3.01604928132(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⁺#

^ ^1.0 ^1.1 画上#号的数据代表没有经过实验的证明，仅为理论推测。
^ ^2.0 ^2.1 ^2.2 用括号括起来的数据代表不确定性。
^ 稳定的衰变产物以粗体表示。
^ 半衰期大于7033659999999999999♠6.6×10³³ 年。参见质子衰变。
^ 此核素和³He是唯一质子数多于中子数的稳定核素。
^ 在太初核合成中生成
^ 少数稳定的奇奇核（英语：Even and odd atomic nuclei）之一
^ 在太初核合成期间亦有生成，但都已衰变成³He，因此现时地球上的³H原子的皆非原初（英语：Primordial nuclide）的原子，而是由宇宙射线作用所产生。
^ 天然存在的宇生核素（英语：Cosmogenic nuclide）。

氢-1（氕）

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。

氢-2（氘）

氘（dāo），亦称重氢，为氢的一种稳定同位素，元素符号为D或²H。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%。

氢-3（氚）

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³H。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

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

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

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]

{\ce {_3^7Li + _3^7Li -> _1^6H + _5^8B}}

氢-7

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。

{\ce {_1^1H + _2^8He -> _1^7H + 2_1^1H}}

放射性氢同位素的衰变链

${\begin{array}{rcl}\\{\ce {^{3}_{1}H}}&{\ce {->[12.32\ {\ce {y}}]}}&{\ce {{^{3}_{2}He}+e^{-}}}\\{\ce {^{4}_{1}H}}&{\ce {->[139\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{^{1}_{0}n}}}\\{\ce {^{5}_{1}H}}&{\ce {->[86\ {\ce {ys}}]}}&{\ce {{^{3}_{1}H}+{2_{0}^{1}n}}}\\\end{array}}$

参见

缈子偶素，可被看作是氢的一种轻同位素的奇异原子^[6]
氢-4.1，可被看作是氢的一种重同位素的奇异原子^[7]

参考资料

^ Meija, Juris; et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2016, 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
^ 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.
^ ^3.0 ^3.1 Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S.; Audi, G. The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties (PDF). Chinese Physics C. 2021, 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae.
^ 存档副本. [2015-09-07]. （原始内容存档于2017-02-19）.
^ Aleksandrov, D.V.; Ganza, D.V.; Glukhov, Yu.A.; Novatskij, B.G.; Ogloblin, A.A.; Stepanov, D.N. Observation of unstable superheavy hydrogen isotope ⁶H in the ⁷Li(⁷Li, ⁸B) reaction. Yadernaya Fizika. 1984, 39 (3): 513–517 [2024-03-20]. （原始内容存档于2024-03-20）.
^ Walker, David C. Muon and Muonium Chemistry. Cambridge University Press. 1983-09-08: 4. ISBN 978-0-521-24241-7.
^ 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）.

外部链接

新闻：氢-7的发现（页面存档备份，存于互联网档案馆）（英文）
关于氢-4和氢-5的文章（页面存档备份，存于互联网档案馆）（英文）（需要登录阅读）

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[hash-3] 1.0 ^1.1 画上#号的数据代表没有经过实验的证明，仅为理论推测。

[brackets-4] 2.0 ^2.1 ^2.2 用括号括起来的数据代表不确定性。

[7] 稳定的衰变产物以粗体表示。

[8] 半衰期大于7033659999999999999♠6.6×10³³ 年。参见质子衰变。

[9] 此核素和³He是唯一质子数多于中子数的稳定核素。

[10] 在太初核合成中生成

[11] 少数稳定的奇奇核（英语：Even and odd atomic nuclei）之一

[12] 在太初核合成期间亦有生成，但都已衰变成³He，因此现时地球上的³H原子的皆非原初（英语：Primordial nuclide）的原子，而是由宇宙射线作用所产生。

[13] 天然存在的宇生核素（英语：Cosmogenic nuclide）。

[CIAAW2013-1] Meija, Juris; et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2016, 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.

[AME2020_II-2] 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.

[NUBASE2020-5] 3.0 ^3.1 Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S.; Audi, G. The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties (PDF). Chinese Physics C. 2021, 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae.

[6] 存档副本. [2015-09-07]. （原始内容存档于2017-02-19）.

[14] Aleksandrov, D.V.; Ganza, D.V.; Glukhov, Yu.A.; Novatskij, B.G.; Ogloblin, A.A.; Stepanov, D.N. Observation of unstable superheavy hydrogen isotope ⁶H in the ⁷Li(⁷Li, ⁸B) reaction. Yadernaya Fizika. 1984, 39 (3): 513–517 [2024-03-20]. （原始内容存档于2024-03-20）.

[15] Walker, David C. Muon and Muonium Chemistry. Cambridge University Press. 1983-09-08: 4. ISBN 978-0-521-24241-7.

[16] 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）.

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