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Trizio

isotopo dell'idrogeno

Il trizio, o tritio[1] o idrogeno-3 (dal latino scientifico tritium,[2] derivato a sua volta dal greco τρίτον, tríton, il terzo[3]) è il terzo isotopo dell'elemento idrogeno, dopo il prozio e il deuterio, avente simbolo 3H[4] (o anche T, spesso usato in chimica[5]).[6] Questo isotopo ha il nucleo formato da un protone e due neutroni,[7] che non è stabile, essendo soggetto al decadimento beta. In quanto tale, costituisce il primo isotopo radioattivo di un elemento chimico, oltre che il primo dell'idrogeno stesso.

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 legame8,481821 MeV
Energia in eccesso14,949794 MeV

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

In condizioni standard di pressione e temperatura il trizio si presenta come un gas formato da molecole biatomiche (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 degli anni venti da W. Russell, usando la sua tavola periodica "a spirale", e poi prodotto nel 1934 dal deuterio (2H) da Rutherford, insieme a Oliphant e Harteck. Rutherford non fu capace di isolare il trizio, mentre ci riuscì Luis Álvarez, che dedusse correttamente che la sostanza fosse radioattiva.[13][14] Libby scoprì che il trizio poteva essere usato per la datazione radiometrica dell'acqua, e poi del vino.[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 da Panerai. 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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Il nuclide 31H ha un'energia di legame per nucleone pari a 2,827266 MeV,[16] un valore maggiore di quella dell'isobaro 32He (2,572681 MeV[17]), che quindi è un nuclide meno fortemente legato di quello di trizio. Tuttavia, avendo il trizio una massa (3,01604927767 u) leggermente superiore a quella del suo isobaro 32He (3,01602931914 u), è soggetto al decadimento β−, con emissione di un elettrone veloce (radiazione beta) e un antineutrino elettronico. In tal modo l'atomo di trizio si trasforma quindi in uno ione positivo di elio-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 come energia cinetica tra il nucleo di elio-3 (in minima parte, trascurabile), l'elettrone e l'antineutrino emessi. L'energia massima dell'elettrone emesso è quella del decadimento (Emax ≈ 18,6 keV), mentre l'energia media è di ~5,7 keV.[19] Il tempo di dimezzamento è pari a 12,32 anni, che corrisponde ad una vita media di 17,77 anni.[16][20]

Dato che il decadimento trasforma un neutrone di 3H in un protone in 3He, e dato che entrambi i nuclei hanno lo stesso spin (1/2+), questo decadimento, come pure quello del neutrone libero, è di tipo super permesso.[21]

Dati di decadimento[22]
Emivita 12,32 anni
Vita media 17,77 anni
Attività specifica 356,2 PBq/kg
Modo di decadimento β− (decadimento beta)
Energia di decadimento 18,591 keV
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 triziata viene 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 di vita media breve, il trizio può essere trovato in natura in quanto viene continuamente prodotto (anche se in minime quantità) nell'alta atmosfera dall'interazione dei raggi cosmici con l'azoto atmosferico, 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 primi test nucleari e, siccome difficilmente contenibile, dalle attività nucleari; nei reattori nucleari il deuterio (D) dell'acqua pesante usata come moderatore può assorbire un neutrone (n) prodotto nel reattore secondo la reazione:

D + n → T + γ[24]

Il trizio può essere prodotto bombardando il deuterio con dei Deutoni

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 la fusione nucleare sfruttando la reazione:[25]

D + T → 4He + n + 17,6 MeV

che risulta essere particolarmente adatta allo scopo grazie all'alta sezione d'urto ed alla notevole energia generata dalla singola reazione.

Con l'ossigeno il trizio forma il composto T2O chiamato comunemente acqua 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 di cinetica chimica. Il trizio viene introdotto nei fosfori degli 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 mirino ACOG, senza l'utilizzo di batterie o illuminazioni esterne, e anche nelle mire metalliche di pistole.

In idrogeologia il trizio viene utilizzato come tracciante di flusso, a seguito dei numerosi test nucleari condotti negli anni 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, su www.dizionario-italiano.it. URL consultato il 1º maggio 2024.
  2. ^ trizio, su Il nuovo De Mauro - dizionario internazionale.
  3. ^ trito- - Treccani, su Treccani. URL consultato il 1º maggio 2024.
  4. ^ (EN) IUPAC Gold Book, "tritium", su goldbook.iupac.org.
  5. ^ Se in una formula chimica compare T, allora gli H presenti non rappresentano più tutti gli isotopi dell'idrogeno, ma solo 1H, cioè il prozio.
  6. ^ Pierre Marmier e Eric Sheldon, Physics of Nuclei and Particles: Volume II, Volume 2, Academic Press, ISBN 9781483262802.
  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, ISBN 0-7506-3365-4.
  9. ^ a b Noriyuki Momoshima, TRITIUM IN THE ENVIRONMENT, in Radiation 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, in Science 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), su radiochem.org.
  12. ^ N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2ª ed., Butterworth - Heinemann, 1997, pp. 34-36, ISBN 0-7506-3365-4.
  13. ^ Luis W. Alvarez e Robert Cornog, Helium and Hydrogen of Mass 3, in Physical 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, ISBN 978-0-226-81304-2.
  15. ^ Sheldon Kaufman e W. F. Libby, The Natural Distribution of Tritium, in Physical Review, vol. 93, n. 6, 15 marzo 1954, pp. 1337–1344, DOI:10.1103/PhysRev.93.1337. URL consultato il 18 febbraio 2024.
  16. ^ a b c Isotope data for tritium in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 24 marzo 2023.
  17. ^ Isotope data for helium-3 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 24 marzo 2023.
  18. ^ Il quale è uno ione idrogenoide, avendo un solo elettrone.
  19. ^ Decay information, su atom.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, in Journal 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, su britannica.com. URL consultato il 24 marzo 2023.
  22. ^ a b Wolfram Alpha Computational Knowledge Engine - HYdrogen-3.
  23. ^ a b https://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, in Physics 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, ISBN 978-0-7506-3365-9.

Voci correlate

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