Izotopy helia

Je známo devět izotopů helia, ovšem jen dva, ³He a ⁴He jsou stabilní. Všechny radioizotopy se rychle rozpadají, nejstabilnější je ⁶He s poločasem přeměny 806,7 milisekund. Nejméně stabilní je ⁵He s poločasem 7,6×10⁻²² s, i když ²He má možná ještě kratší poločas.

V zemské atmosféře se nachází pouze jeden atom ³He na milion atomů ⁴He. Helium je neobvyklé tím, že jeho izotopové složení se výrazně liší v závislosti na původu. V mezihvězdném prostředí je zastoupení ³He asi stokrát větší. Jeho obsah v pozemských horninách kolísá více než desetinásobně, čehož se využívá v geologii k určení původu hornin a složení zemského pláště. Rozdílný způsob vzniku obou stabilních izotopů způsobuje i rozdílný poměr jejich množství.

Směs kapalného ³He a ⁴He se při teplotě 0,8 K rozdělí na dvě nemísitelné kapaliny, jelikož tyto izotopy mají rozdílné kvantové vlastnosti: atomy ⁴He jsou bosony, kdežto atomy ³He jsou fermiony. Znovu se stávají mísitelnými až při několika milikelvinech.

Helium-2

Helium-2 (též helium 2, značka ²He), také diproton,^[zdroj?] je umělý radioizotop helia a vůbec nejjednodušší možný izotop tohoto prvku a také nejlehčí radionuklid. Jádro je složeno pouze ze 2 protonů. Jelikož tyto protony na sebe působí odpudivou elektrickou silou, je jeho poločas přeměny velmi krátký, avšak zatím (2013) není znám.

 2
2 He bylo objeveno roku 2000, společně s novým typem radioaktivní přeměny. Nejlépe bylo zaznamenáno v roce 2008 vědci z italského Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Proud jader ²⁰Ne se srazil s jádry beryllia, přičemž některá neonová jádra se přeměnila na ¹⁸Ne, jež následně narazila do jader olova, čímž byla excitována a stala se velmi nestabilními, poté se ¹⁸Ne rozpadl na ¹⁶O. Přitom byly vyzářeny dva protony letící stejným směrem, ale vzhledem k tomu, že nemohly být vyzářeny dva samostatné protony zároveň, tak musela být vyzářena částice skládající se pouze ze dvou protonů.

Helium-2 je také meziproduktem v prvním kroku proton-protonového cyklu, kde se nejprve dva protony sloučí na diproton:

2  1
1 p →  2
2 He,

který se poté beta plus přeměnou mění na deuterium:

 2
2 He →  2
1 H + e⁺ + ν_e.

Helium-3

Podrobnější informace naleznete v článku Helium-3.

³He je stabilní, je společně s ¹H jediným stabilním nuklidem, který má v jádru více protonů než neutronů. Na Zemi se vyskytuje pouze ve stopovém množství (0,000 137 %), většina jej pochází z doby vzniku Země a menší část z vesmírného prachu. Malé množství vzniká také beta minus přeměnou tritia. Ve hvězdách je ovšem většinou produktem jaderné fúze. Mimoplanetární hmota (například regolit) obsahuje stopová množství ³He ze slunečního větru.

Aby se helium-3 stalo suprakapalinou, musí být ochlazeno pod 0,002 5 K, asi tisíckrát blíže k absolutní nule než helium-4 (2,17 K). Tento rozdíl je způsoben rozdílnými kvantovými vlastnostmi izotopů: atomy helia-3 jsou fermiony a atomy helia-4 bosony, díky čemuž se snáze přemění na suprakapalinu.

Helium-4

Podrobnější informace naleznete v článku Helium-4.

Nejběžnější izotop helia, ⁴He, vzniká na Zemi alfa rozpadem těžších radioaktivních prvků, alfa částice jsou jádra helia-4 zbavená elektronového obalu. Ve velkém množství vzniklo také během nukleosyntézy po Velkém třesku. ⁴He je neobvykle stabilní jádro, protože jeho nukleony zcela zaplňují jadernou slupku.

Pozemské helium se skládá téměř výhradně (z 99,999 86 %) z tohoto izotopu. Jeho teplota varu je 4,2 K, což je nejnižší hodnota u jakékoliv známé látky. Při ochlazení na 2,17 K se přeměňuje na suprakapalinu (kapalinu s nulovou viskozitou. Zkapalnit jej lze až při tlaku 2,5 MPa, kdy má teplotu tání 0,95 K.

Těžší izotopy helia

V částicových urychlovačích byly připraveny i těžší izotopy helia.

Nejkratší poločas přeměny má helium-5 (7,6×10⁻²² s). Helium-6 podléhá přeměně beta minus s poločasem 0,8 s. Helium-7 rovněž vyzařuje beta záření (a navíc ještě záření gama). Nejvíce prozkoumaným těžkým iztotopem helia je helium-8. Tento izotop se, stejně jako helium-6, pravděpodobně skládá z jádra helia-4, které je obklopeno neutronovým „halem“ (obsahujícím dva neutrony u ⁶He a čtyři neutrony u ⁸He). Byla také potvrzena existence helia-9 a helia-10. ⁷He a ⁸He vznikají v některých jaderných reakcích.

Tabulka izotopů

nuklid	Z(p)	N(n)	hmotnost izotopu (u)	poločas přeměny	způsob rozpadu(s)	produkt přeměny(s)	spin jádra	relativní zastoupení izotopu (molární zlomek)	přirozený výskyt (molární zlomek)
2He	2	0	2,015 894(2)	≪ 10−9 s	p (>99,99%)	2 1H	0+
					β+ (<0.01%)	2H
3He	2	1	3,016 029 319 1(26)	Stabilní			1/2+	1,34(3)×10−6	4,6×10−10–4,1×10−5
4He	2	2	4,002 603 254 15(6)	Stabilní			0+	0,999 998 66(3)	0,999 959-1
5He	2	3	5,012 22(5)	70(3)×10−23 s	n	4He	3/2−
6He	2	4	6,018 889 1(8)	806,7(15) ms	β− (99,99%)	6Li	0+
					β−, α (2,8×10−4%)	2He, 2H
7He	2	5	7,028 021(18)	2,9(5)×10−21 s [159(28) keV]	n	6He	(3/2)−
8He	2	6	8,033 922(7)	119,0(15) ms	β− (83,1%)	8Li	0+
					β−,n (16,0%)	7Li
					β−, štěpení (0,9%)	5He, 3H
9He	2	7	9,043 95(3)	7(4)×10−21 s	n	8He	1/2−
10He	2	8	10,052 40(8)	2,7(18)×10−21 s	2n	8He	0+

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Isotopes of helium na anglické Wikipedii.

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu Izotopy helia na Wikimedia Commons

Portály: Chemie | Fyzika