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Trizio

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Trizio
Generalità
Simbolo3H o T
Protoni1
Neutroni2
Peso atomico3,01605
Abbondanza isotopicatracce
Proprietà fisiche
Spin+½
Emivita12,32 anni
Decadimentoβ−
Prodotto di decadimento3He
Energia di legame8,481821MeV
Energia in eccesso14,949794MeV
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Iltrizio,otritio[1]oidrogeno-3(dallatino scientificotritium,[2]derivato a sua volta dalgrecoτρίτον,tríton, il terzo[3]) è il terzoisotopodell'elementoidrogeno,dopo ilprozioe ildeuterio,avente simbolo3H[4](o ancheT,spesso usato in chimica[5]).[6]Questo isotopo ha ilnucleoformato da unprotonee dueneutroni,[7]che non è stabile, essendo soggetto aldecadimento beta.In quanto tale, costituisce il primo isotoporadioattivodi un elemento chimico, oltre che il primo dell'idrogeno stesso.

Sulla Terra il trizio è estremamente raro, 1 atomo ogni 1018atomi di idrogeno.[8]Tuttavia, nell'atmosfera è presente in tracce in quanto si forma continuamente, perlopiù per interazione dei iraggi cosmicicon i gas presenti inalta atmosfera,principalmenteazoto,[9]ma è anche prodotto da molteplici processi che coinvolgono l'energia nucleare,sia civili che militari.[10][11]

Incondizioni standard di pressione e temperaturail trizio si presenta come un gas formato damolecolebiatomiche (T2), il ditrizio, con proprietà fisiche molto poco differenti da quelle del diidrogeno.[12]

Storia

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Il trizio fu prima previsto alla fine deglianni ventidaW. Russell,usando la suatavola periodica"a spirale", e poi prodotto nel1934daldeuterio(2H) daRutherford,insieme aOliphanteHarteck.Rutherford non fu capace di isolare il trizio, mentre ci riuscìLuis Álvarez,che dedusse correttamente che la sostanza fosse radioattiva.[13][14]Libbyscoprì che il trizio poteva essere usato per ladatazione radiometricadell'acqua, e poi delvino.[15]Il trizio fu adoperato in alcune lampade in dotazione all'esercito inglese che, pur emettendo una fievole luce, duravano quasi un decennio. In orologeria, è stato usato per rendere visibili gli indici orari dei quadranti inizialmente daPanerai.Attualmente è utilizzato in ambito militare, per fornire sistemi di illuminazione notturna a sistemi di puntamento senza la necessità di batterie.

Nuclide e decadimento

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Ilnuclide31H ha un'energia di legamepernucleonepari a 2,827266MeV,[16]un valore maggiore di quella dell'isobaro32He (2,572681 MeV[17]), che quindi è un nuclide meno fortemente legato di quello di trizio. Tuttavia, avendo il trizio unamassa(3,01604927767u) leggermente superiore a quella del suo isobaro32He (3,01602931914 u), è soggetto aldecadimentoβ−,con emissione di unelettroneveloce (radiazione beta) e unantineutrino elettronico.In tal modo l'atomo di trizio si trasforma quindi in unoionepositivo dielio-3,[18]che è un isotopo stabile dell'elio(largamente minoritario rispetto all'elio-4):

31H →32He++e−+νe

L'energia emessa in questo decadimento è pari a 18,591 keV[16]e viene ripartita comeenergia cineticatra il nucleo di elio-3 (in minima parte, trascurabile), l'elettrone e l'antineutrino emessi. L'energiamassima dell'elettrone emesso è quella del decadimento (Emax≈ 18,6 keV), mentre l'energia media è di ~5,7 keV.[19]Iltempo di dimezzamentoè pari a 12,32anni,che corrisponde ad unavita mediadi 17,77 anni.[16][20]

Dato che il decadimento trasforma un neutrone di3H in un protone in3He, e dato che entrambi i nuclei hanno lo stessospin(1/2+), questo decadimento, come pure quello del neutrone libero, è di tiposuper permesso.[21]

Dati di decadimento[22]
Emivita 12,32 anni
Vita media 17,77 anni
Attività specifica 356,2PBq/kg
Modo di decadimento β−(decadimento beta)
Energia di decadimento 18,591keV
Nuclide figlio 3He (stabile)

Proprietà

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La radiazione beta a bassa energia emessa dal decadimento del trizio non può penetrare la pelle umana, per cui il trizio è dannoso solo se ingerito o inalato, mentre l'acqua triziataviene assorbita anche a livello cutaneo[23].La sua bassa energia del decadimeno rende difficile il suo rilevamento.

Proprietà biologiche[22]
Emivita biologica 12 giorni
Vita media biologica 17 giorni
Esposizione esterna Non dannoso
Esposizione interna Dannoso
Organi interessati Acqua corporea

Presenza in natura e produzione

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Nonostante sia radioattivo e divita mediabreve, il trizio può essere trovato in natura in quanto viene continuamente prodotto (anche se in minime quantità) nell'altaatmosferadall'interazione deiraggi cosmicicon l'azotoatmosferico, e ricade in tracce attraverso le precipitazioni:[9]

147N+1n→126C+31H

Mentre sulla superficie terrestre il trizio è aumentato a causa delle manipolazioni umane, a partire dai primitest nuclearie, siccome difficilmente contenibile, dalle attività nucleari; neireattori nucleariil deuterio (D) dell'acqua pesanteusata comemoderatorepuò assorbire un neutrone (n) prodotto nel reattore secondo la reazione:

D + n → T +γ[24]

Il trizio può essere prodotto bombardando il deuterio con deiDeutoni

2H+2H=3H +1H

Altre reazioni che possono essere usate per produrre trizio sono:

10B+ n → T +8Be+ γ
6Li+ n → T +4He+ γ

Utilizzi

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Il trizio, insieme al deuterio, viene usato per realizzare lafusione nuclearesfruttando la reazione:[25]

D + T →4He + n +17,6MeV

che risulta essere particolarmente adatta allo scopo grazie all'altasezione d'urtoed alla notevole energia generata dalla singola reazione.

Con l'ossigenoil trizio forma il composto T2O chiamato comunementeacqua superpesante.Questo composto è difficile da separare ed è altamente instabile; è difficile anche da usare per la sua intensa radioattività che ne provoca una auto-radiolisi.[26]

Il trizio viene anche utilizzato come tracciante radioattivo per studi dicinetica chimica.Il trizio viene introdotto neifosforidegli orologi per avere luminescenza nei simboli del quadrante; per minimizzare le radiazioni viene sigillato da borosilicati.

In ambito militare è utilizzato per permettere una buona illuminazione notturna del mirinoACOG,senza l'utilizzo di batterie o illuminazioni esterne, e anche nelle mire metalliche di pistole.

In idrogeologia il trizio viene utilizzato cometracciante di flusso,a seguito dei numerosi test nucleari condotti neglianni 60,la concentrazione di questo elemento è aumentata nell'atmosfera, trovare acque con contenuti elevati in trizio indica che esse si sono infiltrate in quegli anni, prima di allora era assente.

Il trizio può contaminare le falde acquifere[23].

Isotopi vicini

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Le caselle colorate in arancione corrispondono a isotopi stabili.

4Li 5Li 6Li 7Li 8Li
3He 4He 5He 6He 7He 8He
1H 2H 3H 4H 5H 6H 7H

Note

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  1. ^DIZIONARIO ITALIANO OLIVETTI,suwww.dizionario-italiano.it.URL consultato il 1º maggio 2024.
  2. ^trizio,suIl nuovo De Mauro - dizionario internazionale.
  3. ^trito- - Treccani,suTreccani.URL consultato il 1º maggio 2024.
  4. ^(EN)IUPAC Gold Book, "tritium",sugoldbook.iupac.org.
  5. ^Se in una formula chimica compare T, allora gli H presenti non rappresentano più tutti gli isotopi dell'idrogeno, ma solo1H, cioè il prozio.
  6. ^Pierre Marmier e Eric Sheldon,Physics of Nuclei and Particles: Volume II, Volume 2,Academic Press,ISBN9781483262802.
  7. ^In quanto ione positivo, T+è chiamato "tritone", in analogia a protone e deuterone.
  8. ^N. N. Greenwood e A. Earnshaw,Chemistry of the Elements,2ª ed., Butterworth - Heinemann, 1997, p. 41,ISBN0-7506-3365-4.
  9. ^abNoriyuki Momoshima,TRITIUM IN THE ENVIRONMENT,inRadiation Protection Dosimetry,vol. 198, n. 13-15, 2022-09, pp. 896–903,DOI:10.1093/rpd/ncac002.URL consultato il 18 febbraio 2024.
  10. ^Maria Florencia Ferreira, Andrew Turner e Emily L. Vernon,Tritium: Its relevance, sources and impacts on non-human biota,inScience of The Total Environment,vol. 876, 10 giugno 2023, pp. 162816,DOI:10.1016/j.scitotenv.2023.162816.URL consultato il 18 febbraio 2024.
  11. ^Tritium in the Atmospheric Environment(PDF), suradiochem.org.
  12. ^N. N. Greenwood e A. Earnshaw,Chemistry of the Elements,2ª ed., Butterworth - Heinemann, 1997, pp. 34-36,ISBN0-7506-3365-4.
  13. ^Luis W. Alvarez e Robert Cornog,Helium and Hydrogen of Mass 3,inPhysical Review,vol. 56, n. 6, 15 settembre 1939, pp. 613–613,DOI:10.1103/PhysRev.56.613.URL consultato il 18 febbraio 2024.
  14. ^Discovering Alvarez: selected works of Luis W. Alvarez with commentary by his students and colleagues,Univ. of Chicago Pr, 1987,ISBN978-0-226-81304-2.
  15. ^Sheldon Kaufman e W. F. Libby,The Natural Distribution of Tritium,inPhysical Review,vol. 93, n. 6, 15 marzo 1954, pp. 1337–1344,DOI:10.1103/PhysRev.93.1337.URL consultato il 18 febbraio 2024.
  16. ^abcIsotope data for tritium in the Periodic Table,superiodictable.com.URL consultato il 24 marzo 2023.
  17. ^Isotope data for helium-3 in the Periodic Table,superiodictable.com.URL consultato il 24 marzo 2023.
  18. ^Il quale è uno ioneidrogenoide,avendo un solo elettrone.
  19. ^Decay information,suatom.kaeri.re.kr.URL consultato il 24 marzo 2023.
  20. ^L.L. Lucas e M.P. Unterweger,Comprehensive review and critical evaluation of the half-life of tritium,inJournal of Research of the National Institute of Standards and Technology,vol. 105, n. 4, 2000-07, pp. 541,DOI:10.6028/jres.105.043.URL consultato il 18 febbraio 2024.
  21. ^(EN)Radioactivity - Applications of radioactivity | Britannica,subritannica.com.URL consultato il 24 marzo 2023.
  22. ^abWolfram Alpha Computational Knowledge Engine - HYdrogen-3.
  23. ^abhttps://www.arpa.veneto.it/arpav/chi-e-arpav/file-e-allegati/la-radioattivita-nelle-acque-potabili-seminario-2007/08_Dott_ssa_Laura_Belleri.pdf
  24. ^https://www.asn.fr/sites/tritium/24/#zoom=z
  25. ^K. M. McGuire, H. Adler e P. Alling,Review of deuterium–tritium results from the Tokamak Fusion Test Reactor,inPhysics of Plasmas,vol. 2, n. 6, 1º giugno 1995, pp. 2176–2188,DOI:10.1063/1.871303.URL consultato il 18 febbraio 2024.
  26. ^Norman Neill Greenwood e Alan Earnshaw,Chemistry of the elements,2nd ed, Butterworth-Heinemann, 1997, p. 42,ISBN978-0-7506-3365-9.

Voci correlate

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Altri progetti

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Collegamenti esterni

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