Con un número atómico de 1, el hidrógeno es el primer elemento en la tabla periódica. Es el elemento más ligero conocido. En 1766, Henry Cavendish lo descubrió. Hizo el gas disolviendo hierro en HSO diluido. Lavoisier propuso el término hidrógeno porque produce agua cuando se quema con oxígeno (‘hidro’ significa agua y ‘gen’ significa producir). El hidrógeno es importante en la industria porque se puede utilizar para fabricar una amplia gama de productos químicos. La aparición de hidrógeno y sus isótopos se describen más adelante.
Ocurrencia de hidrógeno
El elemento más abundante en el universo es el hidrógeno, al igual que en la Tierra. Los átomos de hidrógeno constituyen casi nueve de cada diez átomos en el universo. El hidrógeno se puede encontrar en estado libre de algunos gases volcánicos, así como en las atmósferas exteriores del sol y otras estrellas del universo. Según los astrónomos, los átomos de hidrógeno constituyen el 90% de los átomos del universo.
El hidrógeno contribuye a alrededor de la mitad de la masa del sol y varias otras estrellas. Júpiter y Saturno son predominantemente planetas basados en hidrógeno. Las temperaturas excepcionalmente altas del sol y las estrellas permiten la fusión nuclear de átomos de hidrógeno, lo que libera una enorme cantidad de energía.
Después del oxígeno y el silicio, es el tercer elemento más abundante en la superficie del planeta. El hidrógeno es quizás el más simple de todos los elementos. Sus átomos se componen típicamente de un protón y un electrón. El elemento hidrógeno se encuentra en más compuestos que cualquier otro. El agua es el compuesto de hidrógeno más frecuente en la tierra.
El hidrógeno se encuentra en la Tierra en una variedad de formas, principalmente en combinación con oxígeno en forma de agua y en combinación con carbono, nitrógeno y halógenos en forma de materia orgánica en tejidos vegetales y animales, carbohidratos, proteínas y otros. sustancias El hidrógeno se encuentra en una variedad de minerales, incluidos el carbón, el petróleo, el petróleo y el gas natural. Constituye el 15,4% de la corteza terrestre y los mares. No se encuentra en nuestra atmósfera porque la atracción gravitacional de la tierra no es lo suficientemente fuerte para contener moléculas de hidrógeno ligeras. Es décimo en el orden de abundancia en rocas cristalinas. Los átomos de hidrógeno constituyen aproximadamente el 15% de todos los átomos en la tierra.
Isótopos de Hidrógeno
Los isótopos son formas distintas del mismo elemento con diferente número de masa pero el mismo número atómico. El hidrógeno tiene tres isótopos, cada uno con un número de masa de 1, 2 o 3. El protio, el deuterio y el tritio son los tres isótopos de hidrógeno que se encuentran en la naturaleza.
Debido a los diversos números de neutrones en cada isótopo, los isótopos difieren. En la naturaleza, las abundancias relativas de tres isótopos son 1: 1,56×10 -2 : 1×10 -18 , respectivamente. Los átomos de protio constituyen la mayoría del hidrógeno que se encuentra en la naturaleza. No hay neutrones en el protio, mientras que un neutrón está presente en el deuterio y dos neutrones están presentes en el tritio. El protio es la forma más común de hidrógeno, y el deuterio representa el 0,0156 % de todo el hidrógeno en la superficie del planeta.
Solo el tritio, de estos tres isótopos de hidrógeno, es de naturaleza radiactiva y genera partículas β de baja energía. Los isótopos tienen propiedades químicas similares porque su disposición eléctrica es la misma. Sin embargo, debido a las variadas entalpías de disociación de enlaces, tienen distintas velocidades de reacción. Debido a las enormes diferencias de masa, tienen diferentes propiedades físicas.
La capa exterior de los tres isótopos de hidrógeno tiene un electrón, mientras que el núcleo tiene un solo protón. Sin embargo, difieren en términos del número de neutrones. Sus propiedades químicas deberían ser similares porque los isótopos tienen el mismo número atómico y configuración electrónica.
Protio ( 1 H 1 )
El átomo de hidrógeno básico, protium, tiene un solo protón rodeado por un solo electrón. El isótopo de un elemento se describe como un átomo con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones. La letra H se usa para denotar protio, que es la forma normal de hidrógeno. El protio está formado por un protón y ningún neutrón. A diferencia del átomo de hidrógeno común, que tiene un protón, un electrón y cero neutrones, el deuterio posee un neutrón y un protón.
Es uno de los isótopos de hidrógeno más comunes. Es abundante en la naturaleza, con un índice de abundancia del 99,98 %. Una de las razones de esto es que el núcleo de este isótopo está formado por un solo protón, que nunca se ha registrado que se desintegre. Protium tiene una masa de 1.007825 amu. H2 es un ejemplo común de combinación de hidrógeno con otros átomos en compuestos (gas de hidrógeno diatómico). Dado que el núcleo de este isótopo está formado por un solo protón, se le da el término descriptivo, pero rara vez utilizado, protium.
Usos de protio
- El pantoprazol, que se proporciona como ingrediente activo en Protium, está disponible.
- Se puede utilizar para tratar dolencias provocadas por la acidez estomacal e intestinal.
- Protium también es un «inhibidor de la bomba de protones» selectivo, un medicamento que reduce la cantidad de ácido estomacal producido.
Deuterio ( 1 H 2 )
El hidrógeno pesado, a menudo conocido como deuterio, es uno de los isótopos estables del hidrógeno. El deuterio recibe su nombre de la palabra griega deuterons, que significa «segundo». Un deuterón es un nombre para el núcleo de un átomo de hidrógeno-deuterio, que contiene un protón y un neutrón. En los océanos, el deuterio se encuentra en una abundancia natural de alrededor de un átomo por cada 6420 hidrógenos. Como resultado, el deuterio representa aproximadamente el 0,025 % (0,03 % en masa) de todos los hidrógenos que se encuentran naturalmente en los mares, mientras que el protio proporciona el 99,98 % restante.
Un protón y un neutrón forman su núcleo. El deuterón es el núcleo del hidrógeno 2. No es una sustancia radiactiva. Sus compuestos se utilizan como solventes de hidrógeno 1 y en análisis químico. El agua pesada está enriquecida con moléculas a base de deuterio en lugar de moléculas a base de protio. Se utiliza como moderador de neutrones y refrigerante. La fusión nuclear también utiliza hidrógeno 2 como combustible. Se encuentra en la naturaleza como gas deuterio.
El deuterio, el otro isótopo estable del hidrógeno, tiene un núcleo que contiene un protón y un neutrón. Se supone que todos los deuterio del universo se crearon en el Big Bang y han sobrevivido desde entonces. El deuterio no es radiactivo y no presenta un riesgo importante de toxicidad. El agua pesada es agua que contiene deuterio en lugar de hidrógeno regular en sus moléculas. El agua pesada se utiliza en los reactores nucleares como moderador de neutrones y refrigerante. El deuterio posiblemente podría usarse como combustible de fusión nuclear comercial.
Usos del deuterio
Los siguientes son los usos del átomo de deuterio.
- En los reactores de fisión moderados por agua pesada, se utilizan como trazador en los reactores de fusión nuclear para ralentizar los neutrones.
- En prototipos de reactores de fusión, normalmente se utiliza el átomo de deuterio. Los átomos de deuterio también se utilizan en aplicaciones militares, industriales y científicas.
- En investigaciones químicas y en disolventes para espectroscopia 1H-NMR, el deuterio y sus derivados se utilizan como marcadores no radiactivos.
Tritio ( 1 H 3 )
Debido a la inestabilidad y radiactividad de su núcleo, el tritio es el isótopo más raro del hidrógeno. Dos neutrones y un protón forman su núcleo. Debido a la interacción de los rayos cósmicos con los gases atmosféricos, en la naturaleza se pueden encontrar pequeñas cantidades de hidrógeno 3 o tritio. También se liberan en pequeñas cantidades después de las explosiones de pruebas nucleares. Es radiactivo y la desintegración beta lo transforma en helio 3. Además, 3,0160492 u es la masa atómica del hidrógeno 3.
Es lo suficientemente radiactivo para ser utilizado como pintura luminosa, lo que lo hace útil en relojes donde el vidrio modera la cantidad de radiación que se escapa. Pequeñas cantidades de tritio se producen naturalmente cuando los rayos cósmicos interactúan con los gases atmosféricos. El tritio también se ha generado durante las pruebas de armas nucleares. Se utiliza en reacciones de fusión nuclear, como trazador geoquímico de isótopos y en dispositivos de iluminación autoalimentados. El tritio se ha utilizado como radiomarcador en la investigación de marcaje químico y biológico.
Usos del tritio
Los siguientes son los usos del átomo de tritio.
- En biología, el tritio se usa ampliamente para indicar hidrógeno y, por lo tanto, en estudios metabólicos. Como resultado, pudimos reducir la vida media biológica dentro del cuerpo humano entre 6 y 9 días.
- El tritio ha reemplazado al radio en la fabricación de esferas luminosas para relojes y dispositivos de navegación en la vida cotidiana.
- Los altos niveles de pruebas de armas nucleares atmosféricas que ocurrieron antes de la adopción del Tratado de Prohibición Parcial de Pruebas fueron inesperadamente beneficiosos, según los oceanógrafos. Las enormes cantidades de rust de tritio descargadas en las capas superiores del océano se han utilizado para determinar la tasa de mezcla entre los niveles superior e inferior.
- El tritio se puede encontrar en los desechos radiactivos producidos por las instalaciones de reprocesamiento y las bases militares porque se puede fabricar en el combustible nuclear del núcleo del reactor a través de procesos de fisión ternaria, que son bastante raros.
Pregunta de muestra
Pregunta 1: ¿Cuál es el isótopo de hidrógeno más común?
Responder:
El protio es el isótopo más frecuente de hidrógeno. Contiene más del 99,98 por ciento de todo el hidrógeno del universo. Se denomina protium porque su núcleo solo tiene un protón.
Pregunta 2: ¿Qué isótopos de hidrógeno son radiactivos?
Responder:
El tritio es el radioisótopo más estable del hidrógeno. El tritio, en otras palabras, es el menos radiactivo de todos los isótopos de hidrógeno. Los investigadores crearon cuatro isótopos de hidrógeno radiactivo más, sin embargo, son extremadamente volátiles y simplemente no existen.
Pregunta 3: ¿Cuántos isótopos contiene el hidrógeno?
Responder:
El hidrógeno tiene tres isótopos, que son protio, deuterio y tritio. Cada uno de nosotros tiene un solo protón, pero el número de neutrones es diferente. En el hidrógeno no hay neutrones; en el deuterio hay un neutrón; y en el tritio hay dos neutrones.
Pregunta 4: ¿Es cierto que los isótopos son peligrosos?
Responder:
Los isótopos radiactivos son elementos químicos creados por átomos que se descomponen naturalmente. A menudo se piensa que la radiación es dañina para el cuerpo humano, sin embargo, los radioisótopos son extremadamente útiles en medicina, especialmente para la detección y terapia de enfermedades.
Pregunta 5: ¿Es el tritio una sustancia peligrosa?
Responder:
El tritio no tiene propiedades químicamente peligrosas y su capacidad para emitir radiación ionizante (la partícula beta) es el único riesgo para la salud humana. Como resultado de esta exposición a la radiación, el riesgo de tener cáncer durante la vida puede aumentar un poco.