水素の同位体
(軽水素から転送)
水素︵H、標準原子量: 1.008[1]︶には天然に1H、2Hおよび3Hの3つの同位体がある。その他には非常に不安定な核種︵4Hから7H︶が実験室で合成されているが、天然には全く存在しない[2][3]。
![](//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/66/Hydrogen_Deuterium_Tritium_Nuclei_Schmatic-en.svg/220px-Hydrogen_Deuterium_Tritium_Nuclei_Schmatic-en.svg.png)
左から軽水素、重水素、三重水素の記号および原子図。
水素は今日ではその同位体に特殊な名前が使われている唯一の元素である︵放射線の研究の初期には、放射性同位体に様々な名前が与えられてきた︹en:List of elements by symbol#Symbols for named isotopes︺。しかし、そのような名前は今日ではめったに使われない︶。元素記号DとT︵2Hと3Hの代替︶が重水素と三重水素に対して用いられることがある。IUPACはこれらの記号を慣用として記載しているが推奨はしていない。
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水素1(軽水素)
編集水素2(重水素)
編集詳細は「重水素」を参照
2Hは水素のもう1つの安定同位体であり、重水素︵デューテリウム、deuterium︶という名前で知られている。重水素の原子核は1つの陽子と1つの中性子からなる。地球上での重水素の存在比は0.0026 – 0.0184%︵モル分率または原子分率︶である。小さいほうの数字は水素ガスをサンプルとした場合であり、大きいほうの数字は海水の数字である。重水素は放射性ではない。また猛毒ではないものの、水として多量に摂取すると代謝に不具合を生じる。分子中に重水素を多量に含む水は重水と呼ばれる。重水素とその化合物は非放射性の同位体標識として化学実験に使われるほか、1H-NMR分析の溶媒にも用いられる。重水は中性子の減速材や原子炉の冷却水として用いられる。重水素は商業用核融合の燃料としても期待されている。
水素3(三重水素)
編集詳細は「三重水素」を参照
水素4(四重水素)
編集水素5(五重水素)
編集
5Hは非常に不安定な水素の放射性同位体である。核は1つの陽子と4つの中性子からなる。水素5は2001年にロシア、日本、フランスの科学者のチームによって理化学研究所のRIビーム科学研究室で最初に合成された。高速の6Heを1Hに照射し、衝突時に放出される陽子2つのエネルギーと放出角度を観測することで水素5が生成していることが推測された。放出陽子の検出には、RIビームサイクロトロンのターゲットの後方に設置された何層もの検出器を有する装置、﹁理研テレスコープ﹂が使われている[8]。2002年には別のチームが三重水素に三重水素を衝突させる方法でも合成に成功している[9]。この実験では、衝突時に放出される陽子1つから水素5の存在が推測された。水素5は少なくとも半減期9.1 × 10−22秒で2つの中性子放出を起こし崩壊する[7]。
水素6(六重水素)
編集水素7(七重水素)
編集詳細は「水素7」を参照
水素8(八重水素)
編集8Hの核は1つの陽子と7つの中性子からなる。現在これ以降の重水素は合成されていない。四重水素以降の重水素は陽子に対し中性子の量が過剰すぎるために、非常に不安定である。そのため、一瞬のうちに中性子を放出し、中性子数がより少ない軽い水素へと崩壊する中性子放出を起こす。現在、アメリカや日本、ヨーロッパなどで合成が試みられている。[要出典]
水素様異種原子
編集ポジトロニウム (Ps または e+e-)
編集詳細は「ポジトロニウム」を参照
ポジトロニウムは陽電子(電子の反粒子で正電荷を持つ)と電子からなる異種原子である。対消滅により、2つかそれ以上のガンマ粒子に崩壊する。
ミューオニウム (Mu または µ+e-)
編集詳細は「ミューオニウム」を参照
ミューオニウムは正ミューオンと電子からなる異種原子であり[14]、記号Muまたはµ+e−で表記される。ミュー粒子の寿命 2 µs の間に、ミューオニウムは塩化ミューオニウム (MuCl) やナトリウムミューオニド (NaMu) といった化合物を作ることができる[15]。
反水素 (H)
編集詳細は「反水素」を参照
一覧
編集同位体 核種 |
Z(p) | N(n) | 同位体質量 (u) | 半減期 | 核スピン | 天然存在比 (モル分率) |
天然存在比の範囲 (モル分率) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1H | 1 | 0 | 1.00782503207(10) | STABLE [>2.8×1023 a] | 1/2+ | 0.999885(70) | 0.999816-0.999974 |
2H | 1 | 1 | 2.0141017778(4) | STABLE | 1+ | 0.000115(70) | 0.000026-0.000184 |
3H | 1 | 2 | 3.0160492777(25) | 12.32(2) a | 1/2+ | ||
4H | 1 | 3 | 4.02781(11) | 1.39(10)×10-22 s [4.6(9) MeV] | 2- | ||
5H | 1 | 4 | 5.03531(11) | >9.1×10-22 s ? | (1/2+) | ||
6H | 1 | 5 | 6.04494(28) | 2.90(70)×10-22 s [1.6(4) MeV] | 2-# | ||
7H | 1 | 6 | 7.05275(108)# | 2.3(6)×10-23# s [20(5)# MeV] | 1/2+# |
注
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●天然存在比は水における値である。
●同位体存在比と原子量は変動するので値の正確さには限界がある。与えられている範囲は全ての標準的な地球上の物質に適用できる。
●市販の物質については同位体比が不開示であったり、故意でなく同位体比が変わっている場合があり、標準の原子量や存在比から有意に外れている場合がある。
●市販の水素ガスの中には2Hの存在比がモル分率で3.2×10-5まで低いものも存在する。
●#をつけた値は純粋に実験値から得られたデータではなく、少なくとも一部は系統的傾向からの計算値を含んでいる。根拠の弱い核スピンについてはかっこで括っている。
●数字の最後のかっこ書きはその数字の不確かさを表す。不確かさの値は同位体の存在比と標準原子量についてはIUPACの公表する拡張不確かさを、それ以外については標準偏差を記載している。
出典
編集- Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
- Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005).
- Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
- Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
- National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (retrieved Sept. 2005).
- David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.
- ^ 原子量表 (2017).
- ^ Gurov YB, Aleshkin DV, Berh MN, Lapushkin SV, Morokhov PV, Pechkurov VA, Poroshin NO, Sandukovsky VG, Tel'kushev MV, Chernyshev BA, Tschurenkova TD. (2004). Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei. Physics of Atomic Nuclei 68(3):491–497.
- ^ Korsheninnikov AA. et al. (2003). Experimental Evidence for the Existence of 7H and for a Specific Structure of 8He. Phys Rev Lett 90, 082501.
- ^ Miessler GL, Tarr DA. (2004). Inorganic Chemistry 3rd ed. Pearson Prentice Hall: Upper Saddle River, NJ, USA
- ^ Hydrogen-4 and Hydrogen-5 from t+t and t+d transfer reactions studied with a 57.5-MeV triton beam, G. M. Ter-Akopian et al., Nuclear Physics in the 21st Century: International Nuclear Physics Conference INPC 2001, American Institute of Physics Conference Proceedings 610, pp. 920-924, doi:10.1063/1.1470062.
- ^ AME2003 atomic mass evaluation, Atomic Mass Data Center. Accessed on line November 15, 2008.
- ^ a b p. 27, The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties, G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, and A. H. Wapstra, Nuclear Physics A 729 (2003), pp. 3–128.
- ^ Korsheninnikov, A. A.; M. S. Golovkov, I. Tanihata, A. M. Rodin, A. S. Fomichev, S. I. Sidorchuk, S. V. Stepantsov, M. L. Chelnokov, V. A. Gorshkov, D. D. Bogdanov (2001). “Superheavy Hydrogen 5H”. Physical Review Letters 87 (9): 92501.
- ^ Ter-Akopian. “Hydrogen-4 and Hydrogen-5 from t+t and t+d transfer reactions studied with a 57.5-MeV triton beam”. 2015年12月1日閲覧。[リンク切れ]
- ^ Aleksandrov, D.V.; Ganza, D.V.; Glukhov, Yu.A.; Novatskij, B.G.; Ogloblin, A.A.; Stepanov, D.N. (1984). “Observation of unstable superheavy hydrogen isotope 6H in the 7Li(7Li, 8B) reaction”. Yadernaya Fizika 39 (3): 513-517 .
- ^ Korsheninnikov, A. A.; E. Y. Nikolskii, E. A. Kuzmin, A. Ozawa, K. Morimoto, F. Tokanai, R. Kanungo, I. Tanihata, N. K. Timofeyuk, M. S. Golovkov (2003). “Experimental Evidence for the Existence of 7H and for a Specific Structure of 8He”. Physical Review Letters 90 (8): 82501.
- ^ Caamano, M. et al. "Resonance State in 7H." Physical Review Letters 2007, 99, 062502. 10.1103/PhysRevLett.99.062502
- ^ Yu. B. Gurov et al. "Searches for the superheavy hydrogen isotope 7H in the absorption of stopped π− mesons" Physics of Atomic Nuclei 2006, 69, 1448-1452. 10.1134/S106377880609002X 10.1134/S106377880609002X
- ^ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). オンライン版: (2006-) "muonium".
- ^ Names for muonium and hydrogen atoms and their ions iupac.org (PDF)
外部リンク
編集- 超重水素原子核"5H"の存在を世界で初めて確認 (理化学研究所 2001年 プレスリリース)
- 超重水素原子核"7H"の存在を世界で初めて確認 (理化学研究所 2003年7月 理研ニュース)
- News of hydrogen-7 discovery
- Article on hydrogen-4 and hydrogen-5 (要ログイン)
- “原子量表 (2017)” (PDF). 日本化学会. 2018年6月21日閲覧。