Isótopos de hidrogênio - Deutério e Trítio

POR Pedro Coelho

Publicado: quinta-feira, 19 de dezembro de 2013

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Existem 3 isótopos conhecidos de hidrogênio, o prótio (H, que é o próprio hidrogênio), deutério (²H, geralmente chamado de D) e o Trítio (³H geralmente chamado de T), que apesar de terem características muito parecidas, possuem algumas características diferentes, como peso molecular, ponto de fusão e ebulição.

Isótopos de Hidrogênio

Naturalmente, o hidrogênio encontrado na crosta terrestre é composto em quase sua totalidade por prótio (H), 0,0156% de deutério (²H) e uma quantidade extremamente baixa de trítio (³H).

Prótio

O prótio é o isótopo mais comum e estável do hidrogênio, representando cerca de 99,98% do hidrogênio encontrado na natureza. Ele consiste em um núcleo com apenas um próton e um elétron orbitando ao redor, sem nenhum nêutron, sendo basicamente o "hidrogênio comum" ou hidrogênio-1 (¹H), diferentemente de outros isótopos como o deutério (com um nêutron) ou o trítio (com dois).

Como forma predominante do hidrogênio, o prótio é essencial em praticamente todos os usos do hidrogênio na indústria, ciência e energia: serve como combustível em reações de combustão para gerar energia em motores e usinas, é componente chave na produção de amoníaco para fertilizantes via processo Haber-Bosch, participa da hidrogenação de óleos vegetais para fazer margarinas e alimentos processados, e atua como agente redutor em metalurgia para remover oxigênio de minérios.

Na pesquisa científica, é usado em estudos fundamentais de espectroscopia e química quântica devido à sua simplicidade atômica, e em reatores nucleares como moderador em misturas com deutério, embora seu principal valor esteja na abundância natural que o torna base para o hidrogênio em geral.

Deutério

Descoberto por Harold Clayton Urey em 1931, o deutério é um isótopo de hidrogênio composto por um nêutron e um próton, que pode ser obtido através da destilação fracionada da água ou por eletrolise.

Harold Clayton Urey

O deutério é geralmente usado como um traçador isotópico em investigações de reações químicas e bioquímicas envolvendo hidrogênio, estudos espectroscópicos, e em forma de oxido (D₂O), o deutério é usado como moderador em reatores nucleares, devido a sua eficiência em reduzir a energia dos nêutrons de fissão rapidamente, para energia térmica e, porque o deutério tem seção transversal muito menor de captura de nêutrons que a do hidrogênio (prótio) e, portanto, não reduz significativamente o fluxo de nêutrons

Trítio

Descoberto em 1934 pelos físicos Ernest Rutherford , ML Oliphant, e Paul Harteck, o trítio é um isótopo radioativo de hidrogênio composto por um próton e 2 nêutrons, que tem um tempo de meia-vida de 12,32 anos.

O trítio é produzido naturalmente na atmosfera superior, quando raios cósmicos se colidem com moléculas de nitrogênio no ar, e pode também ser produzido artificialmente através da reação entre o lítio-6 (⁶Li) e nêutrons em reatores de fissão nuclear.

$^{6}Li{{+}^{1}}n{{\to }^{4}}He+T$

O trítio é capaz de reagir com outras substâncias de uma maneira semelhante à de hidrogênio comum, porém a sua massa superior provoca diferenças nas propriedades químicas dos compostos formados.

O trítio geralmente é usado em reatores de fusão nuclear, fabricação de dispositivos de auto-luminescentes (como sinais de saída em edifícios, aeronaves mostradores, medidores, tintas luminosas, e relógios de pulso) e em pesquisas de desenvolvimento de medicamentos.

placa de saída feita com trítio

Diferenças entre o prótio, deutério e trítio

O prótio, deutério e trítio são os três principais isótopos do hidrogênio, todos com um próton no núcleo e um elétron, mas diferindo no número de nêutrons, o que afeta sua massa, estabilidade e abundância na natureza.

O prótio (¹H), o mais comum representando cerca de 99,98% do hidrogênio natural, não tem nêutrons, tornando-o o mais leve e estável, com massa atômica aproximada de 1 u, e é o "hidrogênio comum" usado em reações químicas cotidianas.

Já o deutério (²H ou D), com um nêutron, tem massa de cerca de 2 u, é estável mas bem mais raro (1 para cada 6.000 prótios), o que o torna mais denso e útil em estudos cinéticos ou como moderador em reatores nucleares via água pesada (D₂O).

O trítio (³H ou T), com dois nêutrons e massa de cerca de 3 u, é radioativo com meia-vida de 12,3 anos, extremamente raro na natureza (1 para 10¹⁷-¹⁸ prótios), e é aplicado em fusão nuclear, relógios luminosos e rastreamento biológico devido à sua emissão beta. 

Essas diferenças de nêutrons alteram propriedades como densidade do gás, ponto de ebulição da água associada e reatividade, com o prótio sendo o mais simples, o deutério ligeiramente mais "pesado" em reações e o trítio instável por desintegração.

Uso do Deutério e trítio como combustível nuclear

O deutério e o trítio são usados como combustível nuclear principal na fusão nuclear, a reação que alimenta o Sol e estrelas, onde núcleos desses isótopos do hidrogênio se unem sob temperaturas extremas de milhões de graus e alta pressão para formar hélio, liberando enorme energia na forma de nêutrons e calor, sem os resíduos radioativos de longa duração da fissão tradicional.

Essa combinação D-T (deutério-trítio) é ideal porque tem a menor barreira de Coulomb entre isótopos de hidrogênio, permitindo fusão mais eficiente em reatores como tokamaks (ex.: ITER) ou lasers de inércia (ex.: NIF, que em 2022 obteve ganho líquido de energia pela primeira vez), com uma mistura 50/50 gerando cerca de 17,6 MeV por reação.

O deutério é extraído abundantemente da água do mar, enquanto o trítio, raro e radioativo (meia-vida de 12,3 anos), é produzido in situ nos reatores bombardeando lítio com nêutrons da fusão, criando um ciclo autossustentável que requer apenas 250 kg de combustível por ano para uma usina de 1 GW, tornando-a limpa, segura e potencialmente inesgotável.

Experimentos atuais focam em conter o plasma superaquecido com campos magnéticos ou implosões para superar perdas de energia e alcançar produção comercial viável nas próximas décadas.

Radioatividade do Deutério e trítio

O deutério é um isótopo estável do hidrogênio, sem qualquer radioatividade, pois seu núcleo com um próton e um nêutron permanece intacto indefinidamente, permitindo seu uso seguro em aplicações como água pesada em reatores nucleares ou estudos científicos.

Já o trítio é altamente radioativo, com um núcleo instável de um próton e dois nêutrons que decai por emissão beta (partículas eletrônicas de baixa energia, incapazes de penetrar a pele), apresentando meia-vida de cerca de 12,32 anos, após os quais metade da amostra se transforma em hélio-3.

Essa radioatividade torna o trítio perigoso principalmente se inalado, ingerido ou absorvido como água tritiada (HTO), mas sua baixa energia de emissão (média de 5,7 keV) minimiza riscos externos, e ele é amplamente usado em fusão nuclear, rastreamento biológico e dispositivos luminosos com contenção adequada.

Referências

• Advanced Inorganic Chesmitry – F.Albert Cotton –University of London –London-UK -1972-Wiley
• Inorganic Chemitry – Shriver & Atkins-fifth-edition –Oxford University press-New York-United Stantes- 2010
• http://global.britannica.com/EBchecked/topic/159684/deuterium (Acessado em 17/12/2013 as 13:50).
• http://global.britannica.com/EBchecked/topic/606002/tritium (Acessado em 17/12/2013 as 13:59)
• http://www.epa.gov/radiation/radionuclides/tritium.html (Acessado em 19/12/2013 as 20:51)
• www.businessinsider.com (Acessado em 19/12/2013 as 21:13).
• https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S138718111300276X (acessado em 08/02/2026 as 11:57).
• https://montel.energy/resources/blog/hydrogen-is-set-to-overtake-the-position-of-natural-gas (acessado em 08/02/2026 as 11:59).

Sobre o autor

Olá meu nome é Pedro Coelho, eu sou engenheiro químico com Pós Graduação em Engenharia de Segurança do Trabalho e também sou Green Belt em Lean Six Sigma. Além disso, eu conclui recentemente o curso de Engenharia Civil, e em parte de minhas horas vagas me dedico a escrever artigos aqui no ENGQUIMICASANTOSSP, para ajudar estudantes de Engenharia Química e de áreas correlatas. Se você está curtindo essa postagem, siga-nos através de nossas paginas nas redes sociais e compartilhe com seus amigos para eles curtirem também :)