氢有几种同位素

氢有三种同位素：氕、氘、氚。氕的原子核只有一个质子，自然界所占百分比最多。

氘的原子核有1个质子和1个中子，比氕原子核重1倍。由於它比氕重1倍，

所以化学性质相差较大。氚原子核则有1个质子和2个中子，

所以质量约为氕原子核的3倍。 氢是上述三种同位素的总称，是元素名称。

1 H、2 H、3 H。

自然界中的氢以氕（1H）、氘（2H）、氚（3H）三种同位素的形式存在。

简介

天然物质的氢同位素组成由D/H比值确定的δ（D）表示，以标准平均海洋水（SMOW）作为标准品。在地球科学中氢同位素通常与氧同位素或碳同位素配合，研究大气降水的成岩成矿作用及石油与天然气的成因。可用于热核反应和标记化合物等。

原油的δ（D）值一般在－80‰～－160‰之间，而天然气的δD值在－105‰～－270‰之间，比石油δ（D）值低。石油和天然气中的H含量分别比普通水高60%和79.39%。由于油气与水的氢同位素交换，因而使同油气聚集伴生的水2H含量也增高。

来源：百度百科-氢同位素

氢在自然界中存在的同位素有：氕（piē）（氢1，H），氘（dāo）（氢2，重氢，D），氚（chuān）（氢3，超重氢，T）。

氢是一种化学元素，在元素周期表中位于第一位。氢通常的单质形态是氢气。它是无色无味无臭，极易燃烧的由双原子分子组成的气体，氢气是最轻的气体。

氕〈piē〉：原子质量为1的普通的轻氢同位素。氢的同位素之一，符号H。质量数1。它是氢的主要成分。

氕（1H）通常称为氢，它是氢的主要稳定同位素，其天然丰度为99.985%，按原子百分数计，它是宇宙中最多的元素，在地球上的含量仅次于氧，它主要分布于水及各种碳氢化合物中，在空气中的含量仅为5X10 -5%。氕的原子序数为1，原子量为1.007947。在常温下，它是无色无臭的气体。

氘 <dāo>：氢的同位素，其原子量为普通轻氢的二倍，少量的存在于天然水中，用于核反应，并在化学和生物学的研究工作中作示踪原子。

氢是宇宙中含量最多的元素，也是最轻的元素

氢在地球上主要以化合物形式存在，游离的氢极少

单质状态的氢以氢气存在，氢气是密度最小的气体，密度为0.09g/L，无色，无味，常温常压下为气态，易燃易爆，难溶于水，熔点-259.2 ，沸点-252.77 ，空气中的氢气含量处于爆炸极限时，遇到明火或电火花会发生爆炸，纯的氢气在空气中会安静地燃烧，火焰为淡蓝色，生成水；氢气在氯气中燃烧火焰为苍白色，生成氯化氢；氢气和氟气混合后会发生爆炸，生成氟化氢。氢气是制盐酸的主要原料之一，并且氢气有还原性，可用于金属冶炼，氢气与大多数元素化合时显+1价，在与活泼金属化合时显-1价

氢的氧化物为水，常温常压下为无色无味的液体，是一种常用的溶剂，水的化学性质稳定，不易分解，在极高的温度或通电下才会分解，水会电离出极少量的H+和OH-，水的导电性极弱

水在通电下会分解为氢气和氧气，和部分金属氧化物反应会生成对应的碱，和部分非金属氧化物反应会生成对应的酸

如：

H2O+CaO=Ca（OH）2

H2O+SO2=H2SO3

水用途广泛，常用来冷却，生产氢气，氧气，酸，碱，化肥，还经常做溶剂，是很重要的工业原料，水对于生物也是很重要的

氢元素可以组成相当多的物质

碱中含有氢元素，碱的阴离子（氢氧根离子 OH-）中有氢原子

酸中也有氢元素，酸的阳离子为氢离子（H+）

还有许多盐也含有氢元素（如碳酸氢钠

NaHCO3）

最重要的部分，几乎所有的有机物都含有氢元素（并不是所有），氢原子与碳原子形成碳氢单键

烷烃类的有机物，由碳-碳单键和碳氢单键构成（如甲烷），是最简单的有机化合物，烷烃的化学性质稳定，不易发生有机反应，但是部分反应可以进行：

烷烃都可以与氧气发生反应，氧气充足时燃烧产物只有水和二氧化碳，烷烃还可以和氯气发生取代反应，最终产物为四氯化碳和氯化氢

烯烃类有机化合物，由碳-碳双键和碳氢单键构成，双键中有一根为π键，易断裂，所以烯烃易发生加成反应

乙烯在催化剂下会发生加聚反应，生成聚乙烯

炔烃，芳香烃，羧酸，醚，醛，醇，酚，酮，胺，酯，酰胺等类的有机化合物都含有氢元素，而有机化合物又是构成生物的重要部分，所以氢元素对于生物也是极为重要的

很多常见的物质如塑料，橡胶等都含有氢元素，氢元素是含量很高而且很重要的元素

（更多有机反应在碳元素详细说明）

氢元素可以组成很多种物质，包括全部的酸，碱，部分盐，绝大部分有机化合物，同时，氢元素还是宇宙中最多的元素，也是最轻的元素

氢也被用来制作核武器，因为氢核小，易发生核聚变，所以常用氢来制作氢弹

氢是重要工业原料，如生产合成氨和甲醇，也用来提炼石油，氢化有机物质作为收缩气体，用在氧氢焰熔接器和火箭燃料中。在高温下用氢将金属氧化物还原以制取金属较之其他方法，产品的性质更易控制，同时金属的纯度也高。广泛用于钨、钼、钴、铁等金属粉末和锗、硅的生产。由于氢气很轻，人们利用它来制作氢气球——氢气球。）氢气与氧气化合时，放出大量的热，被利用来进行切割金属。

利用氢的同位素氘和氚的原子核聚变时产生的能量能生产杀伤和破坏性极强的氢弹，其威力比原子弹大得多。

清洁能源，用于汽车等的燃料。为此，美国于2002年还提出了“国家氢动力计划”。但是由于技术还不成熟，还没有进行大批的工业化应用。2003年科学家发现，使用氢燃料会使大气层中的氢增加约4～8倍。认为可能会让同温层的上端更冷、云层更多，还会加剧臭氧洞的扩大。但是一些因素也可抵销这种影响，如使用氯氟甲烷的减少、土壤的吸收、以及燃料电池的新技术的开发等。

在常温下，氢比较不活泼，但可用合适的催化剂使之活化。在高温下，氢是高度活泼的。除稀有气体元素外，几乎所有的元素都能与氢生成化合物。非金属元素的氢化物通常称为某化氢，如卤化氢、硫化氢等；金属元素的氢化物称为金属氢化物，如氢化锂、氢化钙等。

氢是重要的工业原料，又是未来的能源，也是最清洁的燃料。

氢的同位素氘和氚可应用于核聚变，提供能量，因为技术原因，核聚变发电还无法大量应用。

什么是氢的同位素呢？我们不妨先来看一下同位素的定义。那些质子数相同而中子数不同的原子核所构成的不同原子总称即为同位素。

自然界中许多元素都有同位素。同位素有的是天然存在的，有的是人工制造的，有的有放射性，有的没有放射性。同一元素的同位素虽然质量数不同，但它们的化学性质基本相同，物理性质有差异，主要表现在质量上。氢在自然界中的同位素有氕、氘和氚3种。其中氕相对丰度（指某一同位素在其所属的天然元素中占的原子数百分比）为99.985％；氘(重氢)相对丰度为0.016％，这两种氢是自然界中非常稳定的同位素。从核反应中还找到质量数为3的同位素氚(超重氢)，它在自然界中含量极少。

英国物理学家索第(F.Soddy，1877—1956年)与卢瑟福(E.Rutherford，1871—1937年)于1913年首先提出同位素问题。索第认为，同位素的原子量和放射性是不同的，但其他的物理和化学性质相同。此后的几年内，人们虽然相继发现了200多种同位素，但是氢的同位素却一直没有被发现。1919年，德国物理学家斯特恩(O.Stern，1888—1956年)认为，氢的原子量为1.0079，估计它应具有一种同位素。即一种是原子量为1的氢，即1H，一种是原子量为2的氢同位素。根据1与1.0079之间的差值来估计它们的相对丰度值，氢的同位素应占1％左右。但他和同事试图从实验上加以证实却未获成功。

1927年，阿斯顿以氧的原子量等于16.0000为标准(就像过去以水的密度为标准一样)，用质谱仪对氢元素进行了质谱分析，测得的氢与氧的比值是1.0077：16.0000，这个比值与化学方法测得的比值非常一致，以至于阿期顿认为，氢元素是没有同位素的，它是一个“纯粹的”元素。

氢的同位素氘(D)被哈罗德·尤里发现。1931年年底，美国哥伦比亚大学的尤里教授和他的助手们，把5～6升液态氢在53约定毫米汞柱(7千帕)、14K(三相点)下缓慢蒸发，最后只剩下2毫升液氢，然后作光谱分析。结果在氢原子光谱的谱线中，得到一些新谱线，它们的位置正好与预期的质量为2的氢谱线一致，从而发现了重氢。尤里将这个新发现的同位素命名为Deuterium，简写为D，它在希腊文中的意思是“第二”，中文译作“氘”。但是，尤里等人未发现他们曾预言的原子量为3的氢的同位素。尤里因发现氘在1934年荣获了诺贝尔化学奖。

1934年，澳大利亚物理学家奥利芬特(Oliphant，Marcus Laurence El?win 1901.10.8—2000.7.14)用氘轰击氘，生成一种具有放射性的新同位素氚，质量为3，命名为tritium，中文译为氚，符号T，是具有放射性的另一重要的氢同位素。T(3H)显示弱辐射性，其半衰期为12.26年。科学家发现的4H的半衰期只有4×1011秒。日本理化研究所2001年宣布说，该所科学家谷烟勇夫和俄罗斯科学家在设立于莫斯科郊外的原子核研究机构，使用大型加速器，以碳原子为目标进行轰击，制造出了由2个质子和4个中子构成的氦6，然后使用液态氢与之撞击，去掉氦6原子核中的1个质子，结果获得了由1个质子和4个中子构成的5H。不过， 5H极其不稳定，在极短时间就衰变为氚和2个中子。

因此， 4H和5H并没有被公认，人们通常还是认为氢只有3个同位素。

由于氢几乎全部是由1H组成的，所以，氢的最轻的同位素1H的性质就决定了氢的性质。

1H和D的分离可用电解法，电解水时， 1H的迁移速度比D的迁移速度快6倍，这样，在剩余物中的D的浓度提高。重复电解，则得到D2O，即重水。重水和普通水有很大的不同。

氢同位素主要有以下3种用途：①作为热核反应的原料。这是氢同位素最重要的用途。氢的同位素氘和氚是轻热核聚变的材料，在一定的条件下，氘和氚发生核聚合反应即核聚变，生成氦和中子，并发出大量的热。②利用氢同位素测定地质的历史。随着稳定同位素研究的进展，利用氧、氢同位素测定古温度已成为沉积环境地球化学研究的前沿课题。从20世纪60年代开始，美国及西欧国家的冰川学家就在南极大陆和格陵兰岛的内陆冰盖上钻取冰芯，通过分析不同年龄冰芯里的氢同位素、氧同位素、痕量气体、二氧化碳、大气尘以及宇宙尘等，来确定当时(百年尺度)全球平均气温、大气成分、大气同位素组成、降水量等诸项气候环境要素。③用同位素作为示踪剂。氘和氚可以作为“示踪剂”研究化学过程和生物化学过程的微观机理。因为氘原子和氚原子都保留普通氢的全部化学性质，而氘、氚与氢的质量不同；氚与氢的放射性不同。这样就可以深入研究示踪的分子的来龙去脉。例如利用氢同位素记录污水的历史，可以控制污水排放。利用最新的“氢稳定同位素质谱技术”，开发出对环境中有机污染物的“分子水平氢稳定同位素指纹分析法”，可以追踪污染源。