Anexos:Isótopos por elemento
Isótopos de helio
Helio (He)
Masa atómica estándar: 4.002602(2) uma
Los isótopos del helio incluyen dos isótopos naturales y seis isótopos exóticos inestables.
El helio-3, He-3, o 3He es un isótopo ligero del elemento químico helio. Es estable y no es radiactivo. El helión, núcleo del átomo de helio-3, está constituido por dos protones y un solo neutrón, en contraste con el helio ordinario (helio-4), que tiene dos neutrones. De acuerdo a CODATA, la masa de un helión es 5,006 411 92(0) × 10–27 kg.
El helio-4 es un isótopo de helio no-radiactivo y ligero. Es, por lejos, el más abundante de los dos isótopos de helio naturalmente presentes, formando aproximadamente el 99.99986 % del helio en la Tierra. Su núcleo es una partícula alfa, que contiene dos protones y dos neutrones. Dado que la desintegración alfa es un modo de descomposición común para muchos radioisótopos, esto podría explicar su abundancia. De hecho, la descomposición alfa de elementos pesados es la fuente de la presencia natural del helio-4 en la Tierra.
Cuando se congela el helio-4 a menos de 2.17 kelvin (-271 °C), este se vuelve un superfluido, con propiedades muy diferentes a la de un líquido ordinario. Por ejemplo, si el helio-4 se deja en un vaso destapado, una delgada capa se forma a los lados del vaso, desbordándose. Este extraño comportamiento es el resultado de la relación de Clausius-Clapeyron y no puede ser explicada por el modelo actual de mecánica clásica ni por la física nuclear de los modelos eléctricos.
Se puede obtener mediante la fusión de deuterio (hidrógeno-2) y tritio (hidrógeno-3)
Un subconjunto de nucleidos exóticos ligeros, los isótopos exóticos del helio, tienen masas muy superiores a los isótopos naturales. Aunque todos los isótopos exóticos decaen con un periodo de semidesintegración menor de un segundo, los investigadores han creado desde hace tiempo isótopos del helio exóticos mediante colisiones en aceleradores de partículas, para obtener núcleos atómicos no comunes de elementos como el helio, litio y nitrógeno. Las extrañas estructuras nucleares de estos isótopos pueden dar alguna luz acerca de las propiedades de los neutrones aislados.
El isótopo exótico del helio más estudiado es el helio-8. Este isótopo consiste en un núcleo normal de helio-4 rodeado por cuatro neutrones formando un "halo". Los nucleidos "halo" se han convertido en un área de investigación bastante activa. Se ha confirmado la síntesis de isótopos como el 10He, con dos protones y ocho neutrones, mientras que el 4He tiene sólo dos neutrones.
Helio |  |
Número Atómico: 2
Masa Atómica: 4,0026
Número de protones/electrones: 2
Número de neutrones (Isótopo 4-He): 2
Estructura electrónica: 1s2
Electrones en los niveles de energía: 2
Números de oxidación:
Masa Atómica: 4,0026
Número de protones/electrones: 2
Número de neutrones (Isótopo 4-He): 2
Estructura electrónica: 1s2
Electrones en los niveles de energía: 2
Números de oxidación:
Electronegatividad:
Energía de ionización (kJ.mol-1): 2370
Afinidad electrónica (kJ.mol-1): -48
Radio atómico (pm): 128
Radio iónico (pm) (carga del ion):
Energía de ionización (kJ.mol-1): 2370
Afinidad electrónica (kJ.mol-1): -48
Radio atómico (pm): 128
Radio iónico (pm) (carga del ion):
Entalpía de fusión (kJ.mol-1): 0,021
Entalpía de vaporización (kJ.mol-1): 0,082
Entalpía de vaporización (kJ.mol-1): 0,082
Punto de Fusión (ºC): (a 26 atm de presión) -272,2
Punto de Ebullición (ºC): -268,934
Densidad (kg/m3): 0,17847; (0 ºC)
Volumen atómico (cm3/mol): 32,07
Estructura cristalina: Hexagonal
Color: Incoloro.
Punto de Ebullición (ºC): -268,934
Densidad (kg/m3): 0,17847; (0 ºC)
Volumen atómico (cm3/mol): 32,07
Estructura cristalina: Hexagonal
Color: Incoloro.
Sólo el helio-3 y helio-4 Aunque hay ocho isótopos conocidos del helio, son estables. Todos los radioisótopos son de corta duración, el ser 6He larga duración con una vida media de 806,7 milisegundos. El menos estable es 5Y, con una vida media de 7,610 a 22 segundos, aunque es posible que 2He tiene incluso una vida media más corta.
En la atmósfera de la Tierra, hay un átomo de 3He por cada millón de átomos de 4He. Sin embargo, el helio es inusual, ya que su abundancia isotópica varía mucho dependiendo de su origen. En el medio interestelar, la proporción de 3He es de alrededor de un centenar de veces mayor. Rocas de la corteza terrestre tienen relaciones isotópicas diferentes hasta en un factor de diez, lo que se utiliza en geología para investigar el origen de las rocas y la composición del manto terrestre. Los diferentes procesos de formación de los dos isótopos estables de helio producen las abundancias isotópicas diferentes.
Igualdad de mezclas de 3He y 4He líquido por debajo de 0,8 K se separarán en dos fases inmiscibles, debido a su diferencia. Refrigeradores de dilución se aprovechan de la inmiscibilidad de estos dos isótopos para lograr temperaturas de unos pocos millikelvins.
Helio-2
Helio-2 o 2Y, también conocido como un diprotón, es un isótopo extremadamente inestable de helio, que consiste en dos protones sin ningún tipo de neutrones. De acuerdo con los cálculos teóricos que habría sido mucho más estable tenido la fuerza fuerte ha sido del 2% mayor. Su inestabilidad se debe a la interacción spin-spin en la fuerza nuclear, y el principio de exclusión de Pauli, que obliga a los dos protones tengan giros anti-alineados y da la diprotón una energía de enlace negativa.
Puede que haya habido observaciones de 2Y. En 2000, los físicos observaron por primera vez un nuevo tipo de desintegración radiactiva en la que un núcleo emite dos protones a la vez - quizás un núcleo 2Y. El equipo dirigido por Alfredo Galindo-Uribarri, del Laboratorio Nacional de Oak Ridge anunció que el descubrimiento ayudará a los científicos a comprender la fuerza nuclear fuerte y ofrecen nuevas ideas en la creación de elementos dentro de las estrellas. Galindo-Uribarri y compañeros de trabajo eligieron un isótopo de neón con una estructura energética que le impide emitir protones de uno en uno. Esto significa que los dos protones se expulsan simultáneamente. El equipo disparó un haz de iones de flúor a un blanco rico en protones para producir 18Ne, que luego se descompone en oxígeno y dos protones. Cualquier protones expulsados de la propia diana fueron identificados por sus energías características. Hay dos formas en que la emisión de dos protones puede continuar. El núcleo de neón puede expulsar un 'diproton'-un par de protones unidos como 2Y núcleo-que luego se descompone en protones separados. Alternativamente, los protones pueden emitirse por separado, pero al mismo tiempo-los llamados 'decadencia democrática ". El experimento no era lo suficientemente sensible para establecer cuál de estos dos procesos se lleva a cabo.
Se encontró que la mejor prueba de 2Y en el año 2008 en el Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, en Italia. Un haz de iones 20NE se chocó contra una lámina de berilio. En esta colisión algunas de las luces de neón terminaron como núcleos 18Ne. Estos mismos núcleos luego chocó con una lámina de plomo. La segunda colisión tuvo el efecto de la excitación del núcleo 18Ne en una condición altamente inestable. Al igual que en el experimento anterior en Oak Ridge, el núcleo 18Ne decayó en un núcleo 16O, además de dos protones detectado que sale de la misma dirección. El nuevo experimento demostró que los dos protones inicialmente fueron expulsados juntos, correlacionada con una configuración 1S quasibound, antes de decaer en protones separados mucho menos de una mil millonésima de segundo después.
También, en RIKEN en Japón y ICIN en Dubna, Rusia, durante producciones de 5Y con colisiones entre un haz de núcleos 6He y un blanco de hidrógeno criogénico, se descubrió que el núcleo 6He puede donar todos los cuatro de sus neutrones para el hidrógeno. Esto deja dos piezas de protones que pueden ser expulsadas simultáneamente desde el objetivo como un núcleo 2Y, que se desintegra rápidamente en dos protones. Una reacción similar se ha observado también a partir de núcleos 8Y chocar con hidrógeno.
2Y es un intermedio en la primera etapa de la reacción en cadena protón-protón. El primer paso de la reacción en cadena de protones protones es un proceso de dos etapas; primero, dos protones fusible para formar un diprotón:
seguido de la inmediata desintegración beta-plus del diprotón de deuterio:
con la fórmula general:
Bradford ha considerado el efecto hipotético de este isótopo en el Big Bang y la nucleosíntesis estelar.
El helio-3
Sólo hay una pequeña cantidad de 3He en la Tierra, sobre todo presente desde la formación de la Tierra, aunque algunas caídas de tierra atrapada en polvo cósmico. Cantidades traza también son producidos por la desintegración beta del tritio. En las estrellas, sin embargo, 3He es más abundante, un producto de la fusión nuclear. Materiales extraplanetario, como regolito lunar y asteroides, tiene trazas de 3He del bombardeo con el viento solar.
Para el helio-3 para formar un superfluido, que debe ser enfriado a una temperatura de 0,0025 K, o casi mil veces menor que el helio-4. Esta diferencia se explica por la estadística cuántica, ya que el helio-3 átomos son fermiones, mientras que el helio-4 átomos son bosones que se condensan en un superfluido más fácilmente.
El helio-4
El isótopo más común, 4He, se produce en la Tierra por la alfa desintegración de elementos radioactivos pesados, las partículas alfa son núcleos que surgen 4He totalmente ionizado. 4He es un núcleo inusualmente estable porque sus nucleones se organizan en conchas completas. También se formó en grandes cantidades durante la nucleosíntesis del Big Bang.
El helio terrestre se compone casi exclusivamente de este isótopo. Su punto de ebullición de 4,2 K es la más baja de cualquier sustancia conocida. Cuando se enfría aún más a 2,17 K, que se transforma en un estado superfluido única de viscosidad cero. Se solidifica sólo a presiones superiores a 25 atmósferas, donde su punto de fusión es de 0,95 K.
Isótopos más pesados de helio
Aunque todos los isótopos más pesados de helio decaimiento con una vida media de menos de un segundo, los investigadores han creado nuevos isótopos a través de colisiones de aceleradores de partículas para crear núcleos atómicos inusual para elementos tales como el helio, litio y nitrógeno. Las estructuras nucleares inusuales de estos isótopos pueden ofrecer información sobre las propiedades aisladas de neutrones.
El isótopo de vida más corta es el helio-5 con una vida media de 7,610 a 22 segundos. El helio-6 se desintegra por la emisión de una partícula beta y tiene una vida media de 0,8 segundos. Helio-7 también emite una partícula beta, así como un rayo gamma. El estudiado más ampliamente-isótopo pesado de helio es el helio-8 - Este isótopo, así como el helio-6, se cree que consisten en una normal de helio-4 núcleo rodeado por un neutrón "halo". Núcleos de Halo se han convertido en un área de intensa investigación. Se han confirmado los isótopos de hasta helio-10, con dos protones y ocho neutrones. Helio-7 y el helio-8 son hyperfragments que se crean en ciertas reacciones nucleares. 10Y, a pesar de ser un isótopo doblemente mágico, tiene una vida media corta.
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