Hydrogens neutrontal:Fra protium til tritium og deres praktiske anvendelser

TL;DR

De fleste brintatomer indeholder ingen neutroner. De sjældne isotoper deuterium og tritium indeholder henholdsvis en og to neutroner.

Baggrund

I løbet af det tidlige 20. århundrede var protonen og elektronen velkarakteriseret, men alligevel oversteg atommassetal konsekvent atomnumre, hvilket antydede, at en anden partikel med lignende masse - neutronen - var til stede i kernen. I 1932 bekræftede fysikeren James Chadwick dens eksistens.

Atomnummeret angiver antallet af protoner. Stabile, neutrale atomer har lige mange protoner og elektroner, hvilket giver dem en netto nulladning. Atommasseenheder (amu) er defineret som en tolvtedel af massen af ​​et kulstof-12-atom, som indeholder 6 protoner og 6 neutroner; derfor en proton eller neutron ≈1amu.

Brintisotoper

Brint, det letteste grundstof, findes i tre stabile isotoper:

¹H – 0 neutrons (protium)
²H – 1 neutron (deuterium)
³H – 2 neutrons (tritium)

Alle isotoper bærer en enkelt proton og en enkelt elektron, der opretholder elektrisk neutralitet.

Applikationer

Protium (¹H)

Protium er den mest udbredte isotop. Mens frit brint sjældent findes på Jorden, danner det forbindelser som vand (H2O) og kulbrinter. Brintforbrænding udsender kun varme og vand, hvilket gør det til en ren energivektor.

Deuterium (²H)

Deuterium forekommer naturligt i et forhold på ~1 ud af 6.420 brintatomer. Når det parres med ilt, danner det tungt vand (D₂O), som har et højere frysepunkt (3,8°C) end almindeligt vand. Tungt vand tjener som neutronmoderator i atomreaktorer og er værdifuldt i videnskabelig forskning, selvom høje koncentrationer (>25%) kan være skadelige for biologiske væv.

Tritium (³H)

Tritium er radioaktivt, henfalder med en halveringstid på 12,28 år. Det produceres i atomreaktorer. På trods af sin radioaktivitet bruges tritium i langtidsholdbare lysende tegn, i sporingseksperimenter og i visse atomvåbendesigner.