Isotopen van helium

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Het chemisch element helium (He), met een atoommassa van 4,002602(2) u, bezit 2 natuurlijk voorkomende isotopen: 3He en 4He. De overige radio-isotopen zijn zeer onstabiel en hebben een korte halveringstijd, waarbij 6He nog het langst in stand blijft, met een halfwaardetijd van 806,7 milliseconden. De radio-isotopen worden synthetisch in het laboratorium bereid.

De meest voorkomende heliumisotoop is 4He, dat een kern heeft die uit twee protonen en twee neutronen bestaat. Dit is een ongebruikelijk stabiele nucleaire configuratie omdat de kern een volle schil heeft met een zogenaamd magisch aantal kerndeeltjes.

Veel zwaardere kernen vervallen door emissie van een 4He-kern, een proces dat alfaverval wordt genoemd. Heliumkernen worden daarom ook wel alfadeeltjes genoemd. Een groot deel van het op aarde aanwezige helium is zo ontstaan. Een tweede heliumisotoop, 3He, heeft slechts 1 neutron. Er zijn ook zwaardere isotopen, maar deze zijn radioactief. 3He komt op Aarde relatief minder voor, omdat verval van zwaardere elementen alleen 4He produceert en atmosferisch helium relatief snel naar het heelal weglekt. De verhouding tussen de twee isotopen (3He/4He) is in de Zon (gemeten in de zonnewind[1][2]) ongeveer vier keer hoger dan in meteorieten[3] en 300 keer hoger dan in de aardatmosfeer.[3]

In de geochemie wordt de verhouding 3He/4He gebruikt om de oorsprong van lava en magma te bepalen. Het idee is dat de bovenmantel door convectiestroming alle oorspronkelijk erin aanwezige gassen is kwijtgeraakt, maar dat de ondermantel nog relatief veel van de uit de Zonnenevel afkomstige 3He bevat. Lava's en magma's met een hogere 3He/4He, zoals bij hotspotvulkanisme voorkomen, worden verondersteld uit een relatief ongemengd reservoir afkomstig te zijn. Het vermoeden is dat dit reservoir zich in de D"-laag of nabij de kern-mantelgrens bevindt. Dat betekent dat deze magma's afkomstig zijn van relatief veel grotere diepte dan gebruikelijk.

De isotopen 3He en 4He werden beide in grote hoeveelheden gevormd in oerknal-nucleosynthese tijdens de oerknal.

Overzicht[bewerken]

Nuclide Z (p) N (n) Isotopische massa (u) Halveringstijd Verval VE VP Kernspin Isotopische verhouding
(molfractie)
Natuurlijk voorkomen
(molfractie)
3He 2 1 3,0160293191(26) stabiel 1/2+ 1,34(3)×10−6 4,6×10−10-4,1×10−5
4He 2 2 4,00260325415(6) stabiel 0+ 0,99999866(3) 0,999959-1
5He 2 3 5,01222(5) 700(30)×10−24 s n 0,60(2) MeV 4He 3/2
6He 2 4 6,0188891(8) 806,7(15) ms β (99,99%) 6Li 0+
β, splijting (0,00028%) 4He, 2H
7He 2 5 7,028021(18) 2,9(5)×10 −21 s n 6He (3/2)
8He 2 6 8.033922(7) 119.0(15) ms β (83.1%) 8Li 0+
β, n (16,0%) 7Li
β, splijting (0,9%) 5He, 3H
9He 2 7 9.04395(3) 7(4)×10−21 s n 0,10(6) MeV 8He 1/2
10He 2 8 10,05240(8) 2,7(18)×10−21 s 2n 0,17(11) MeV 8He 0+

Overzicht van isotopen per element[bewerken]

H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Bronnen, noten en/of referenties
  1. (en) Geiss, J. & Reeves, H.; 1972: Cosmic and Solar System Abundances of Deuterium and Helium-3, Astronomy and Astrophysics 18, p. 126
  2. (en) Benkert, J.-P.; Baur, H.; Signer, P. & Wieler, R.; 1993: He, Ne, and Ar from the solar wind and solar energetic particles in lunar ilmenites and pyroxenes, Journal of Geophysical Research 98, p. 13.147-13.162
  3. a b (en) Ozima, M. & Podosek, F. A.; 1983: Noble Gas Geochemistry, Cambridge University Press