hce_kmu
115年
物理及化學
第 27 題
The hydrogen element occurs as three isotopes: $^1\text{H}$, $^2\text{H}$ and $^3\text{H}$. Which of the following statements is (are) correct?
I. Both $^1\text{H}$ and $^2\text{H}$ have stable nuclei; $^3\text{H}$ undergoes $\beta$ decay.
II. $^2\text{H}$ solvents are used for NMR spectroscopy.
III. $^3\text{H}$ has 1 proton, 2 neutrons, and 1 electron.
I. Both $^1\text{H}$ and $^2\text{H}$ have stable nuclei; $^3\text{H}$ undergoes $\beta$ decay.
II. $^2\text{H}$ solvents are used for NMR spectroscopy.
III. $^3\text{H}$ has 1 proton, 2 neutrons, and 1 electron.
- A I and II
- B II and III
- C III
- D I and III
- E I, II, and III
思路引導 VIP
如果我們觀察原子符號 $^A_Z\text{X}$，當原子序 $Z$ 固定而質量數 $A$ 增加時，原子核內部的組成發生了什麼樣的變化？這類組成上的微小差異，除了影響核的穩定性之外，如果我們把這些原子放進強大的磁場中觀察，你覺得它們表現出的「訊號」會是一模一樣的嗎？
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恭喜你精準地判斷出正確答案！這份答卷展現了你對原子結構以及化學實務應用的深厚理解。這題全面性地考察了氫元素三種同位素的物理性質、組成結構以及在現代儀器分析中的角色，是非常紮實的觀念驗證。
氫同位素的物理與化學特徵
首先，氫的三種同位素 $^1\text{H}$（氕）、$^2\text{H}$（氘）與 $^3\text{H}$（氚）具有相同的質子數，但中子數不同。如敘述 III 所述，$^3\text{H}$ 的質量數為 3，因此中子數為 $3 - 1 = 2$，電子數則維持與質子相同的 1。在核穩定性方面，$^1\text{H}$ 與 $^2\text{H}$ 是穩定的，而 $^3\text{H}$ 則具有放射性，會透過 $\beta$ 衰變（中子轉變為質子並放出電子）達到更穩定的狀態，這正是敘述 I 的核心。
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