Isótopos del hidrógeno
Los isotopos del hidrógeno son de gran importancia en el campo de la química. Dichos isótopos poseen grandes diferencias entre ellos, tienen diferencias entre sus masas relativas, entre sus propiedades físicas, y también, pero quizás en menor medida, en su comportamiento químico.
El hidrógeno natural tiene tres isótopos, conocidos como: protio o también conocido como hidrógeno común, el cual no contiene neutrones, y posee una abundancia de un 99.985 %; deuterio, el cual posee un neutrón, y una abundancia de 0.015%; y el tritio, radiactivo, y de dos neutrones, con una abundancia de 10^-15 %.
Estos isótopos son tan especiales, que son el único grupo de isótopos que posee símbolos especiales, y estos son: H para el protio, D en el caso del deuterio, y T para el isótopo tritio. Cuando aumenta la masa molar de los isótopos, se produce también un aumento considerable en sus puntos de ebullición, así como en la energía de enlace.
Los enlaces que forman con otros elementos el deuterio y el tritio, son bastante más fuertes que los del hidrógeno común, como por ejemplo, cuando se produce la electrolisis del agua con la finalidad de dar hidrógeno y oxígeno gas, los enlaces que tienen lugar son de tipo covalente, de tipo O-H, y consiguen romperse de manera más sencilla que los enlaces de tipo O-D. Es debido a esto que el agua conocida como remanente, tiene una proporción que se hace cada vez mayor, de “agua pesada”, u óxido de deuterio. Así por ejemplo, si electrolizamos 30 litros de agua para reducir su volumen hasta 1 ml, el agua remanente, o mejor dicho, líquido remanente, será básicamente óxido de deuterio con una pureza de alrededor de un 99%. El agua normal, y el agua pesada (D2O), son diferentes en todas sus propiedades física, como por ejemplo su fundición, pues el óxido de deuterio se funde a 3.8ºC, y entra en ebullición a 101.4ºC, siendo su densidad un 10% mayor que el óxido de protio sea cual se la temperatura. Es por esto que los cubos de hielo formados por agua pesada llegan a hundirse en el agua (ligera) cuando la temperatura es de 0ºC.
El óxido de deuterio es usado a menudo como disolvente para estudiar átomos de hidrógeno del soluto sin que éstas se vean afectadas por el disolvente acuoso.
El tritio, el isótopo radiactivo del hidrógeno, posee una vida media de unos 12 años, así que siendo ésta tan corta, es de esperar que el tritio ya hubiese sido agotado y no existiese en la naturaleza. En cambio, el tritio se forma continuamente debido al impacto de los rayos cósmicos con los átomos en la atmósfera. Dicho camino de formación del tritio implica que un neutrón choque con otro átomo de nitrógeno, desintegrándose dicho isótopo, para dar otro isótopo, esta vez de Helio, el Helio 3, el cual no es muy común.
El tritio es significativamente demandado, pues se aplica en la medicina, siendo usado como rastreador. Cuando se desintegra radiactivamente, dicho isótopo emite una serie de electrones los cuales pueden ser rastreados gracias a un contador, sin causar daños prácticamente, a los tejidos humanos.
El tritio también es consumido en grandes cantidades por las fuerzas armadas de países con bombas de hidrógeno (que realmente son bombas de tritio). Para conseguir extraer las trazas de tritio que se encuentran en el agua requiere grandes cantidades de agua, así que existe una ruta más sencilla, la ruta sintética que implica un bombardeo del litio 6 en un reactor nuclear con neutrones.
El tritio, debido a su corta vida media, plantea un problema para la ciencia militar pues, con el paso del tiempo, el contenido de litio que hay en las ojivas nucleares, será cada vez menor, llegando a poder ser menor incluso que la masa crítica que es necesaria para la fusión nuclear, por lo cual dichas ojivas deben ser reabastecidas de litio con periodicidad.