Deuterijum je... Definicija, primjena, svojstva

Svi elementi imaju atome kao osnovnu jedinicu, a atom sadrži tri osnovne čestice, a to su negativno nabijeni elektroni, pozitivno nabijeni protoni i neutroni neutralnih čestica. Broj protona i neutrona prisutnih u jezgru naziva se maseni broj elemenata, a broj protona atomski broj. Isti elementi čiji atomi sadrže isti broj protona, ali različit broj neutrona, nazivaju se izotopi. Kao primjer možemo uzeti vodonik koji ima tri izotopa. To su vodik s nula neutrona, deuterij koji sadrži jedan neutron i tritij-sadrži dva neutrona. U ovom ćemo članku govoriti o izotopu vodika, koji se naziva deuterij, poznat i kao teški vodik.

Šta je deuterijum?

Deuterijum je izotop vodonika, koji se razlikuje od vodonika jednim neutronom. Obično vodonik ima samo jedan proton, dok deuterij ima jedan proton i jedan neutron. Široko se koristi u reakcijama fisije.

Deuterij (Hemijski simbol D ili 2h) je stabilan izotop vodonika koji se nalazi u prirodi u izuzetno malim količinama. Jezgro deuterija, nazvano deuteron, sadrži jedan proton i jedan neutron, dok mnogo češće jezgro vodika sadrži samo jedan proton i ne sadrži neutrone. Shodno tome, svaki atom deuterija ima masu koja je otprilike dvostruko veća od mase običnog atoma vodika, a deuterij se naziva i teškim vodonikom. Voda u kojoj se obični atomi vodonika zamjenjuju atomima deuterija naziva se teška voda.

Glavne Karakteristike

Izotopska masa deuterija je 2.014102 jedinice. Deuterij ima stabilno vrijeme poluraspada jer je stabilan izotop.

Višak energije deuterija je 13.135.720 ± 0,001 keV. Energija vezivanja za jezgro deuterija je 2224,52 ± 0,20 keV. Deuterij se kombinuje sa kiseonikom i formira D2O (2H2O), takođe poznat kao teška voda. Deuterijum nije radioaktivni izotop.

Deuterijum nije opasan za zdravlje, ali može se koristiti za stvaranje nuklearno oružje. Deuterij se ne proizvodi umjetno, jer je prirodno prisutan u velikim količinama u okeanskoj vodi i može služiti mnogim generacijama ljudi. Vadi se iz okeana postupkom centrifugiranja.

Teški vodonik

Teški vodonik je naziv bilo kojeg od viših izotopa vodonika, kao što su deuterijum i tricijum. Ali češće se koristi za deuterij. Njegova atomska masa je oko 2, a jezgro sadrži 1 proton i 1 neutron. Dakle, njegova masa je dvostruko veća od mase normalnog vodonika. Dodatni neutron u deuterijumu čini ga težim od normalnog vodonika, zbog čega se naziva teškim vodonikom.

Teški vodik otkrio je Harold Urey 1931. godine - ovo otkriće dobilo je Nobelovu nagradu za hemiju 1934. godine. Urey je predvidio razliku između pritiska pare molekularnog vodika (H2) i odgovarajuće molekule s jednim atomom vodika zamijenjenim deuterijumom (HD), a time i mogućnost odvajanja ovih tvari destilacijom tečnog vodika. Deuterijum je pronađen u ostatku destilacije tečnog vodonika. Kuhano je u najčišćem obliku, g.. Lewis metodom elektrolitičke koncentracije. Kada se voda elektrificira, nastaje plin vodik koji sadrži malu količinu deuterija, pa se deuterij koncentrira u vodi. Kada se količina vode smanji na oko sto hiljaditih delova njene prvobitne zapremine kao rezultat tekuće elektrolize, obezbeđuje se skoro čisti deuterijum oksid, poznat kao teška voda. Ova metoda pripreme teške vode korištena je tokom Drugog svjetskog rata.

Etimologija i hemijski simbol

Ime "deuterij" dolazi od grčke riječi deuteros, što znači "drugi". To ukazuje da je s atomskim jezgrom koje se sastoji od dvije čestice deuterij drugi izotop nakon običnog (ili lakog) vodonika.

Deuterij se često označava hemijskim simbolom D. Kao izotop vodonika sa masenim brojem 2, predstavljen je i kao H. Formula deuterija-2H. . Međunarodna unija za teorijsku i primijenjenu hemiju (IUPAC) dopušta upotrebu i D I H, iako se preferira H.

Kako dobiti deuterijum iz vode?

Tradicionalna metoda koncentriranja deuterija u vodi koristi izmjenu izotopa u gasu vodonik-sulfida, iako se trenutno razvijaju naprednije metode. Odvajanje različitih izotopa vodonika takođe se može izvršiti pomoću gasne hromatografije i kriogene destilacije, koje koriste razlike u fizičkim svojstvima za odvajanje izotopa.

Deuterijumska voda

Deuterijumska voda, poznata i kao teška voda, slična je običnoj vodi. Nastaje kombinacijom deuterija i kisika i označen je kao 2H2O. Deuterijumska voda je viskoznija od obične. Teška voda je 10,6% gušća od obične vode, tako da led za tešku vodu tone u običnoj vodi. Za neke životinje deuterijumska voda je toksična, dok druge mogu preživjeti u teškoj vodi, ali će se u njoj razvijati sporije nego u normalnoj. Deuterijumska voda nije radioaktivna. Ljudsko tijelo sadrži oko 5 grama deuterija i bezopasno je. Ako teška voda uđe u tijelo u velikim količinama (na primjer, oko 50% vode u tijelu postaje teška), to može dovesti do ćelijske disfunkcije i na kraju do smrti.

Razlike teške vode:

• Tačka smrzavanja je 3,82 °C.
• Tačka ključanja je 101,4 °C.
• Gustina teške vode je 1,1056 g / ml (normalna voda je 0,9982 g / ml).
• PH teške vode je 7,43 (normalna voda je 6,9996).
• Postoji mala razlika u ukusu i mirisu obične i teške vode.

Primjena deuterija

Naučnici su razvili mnoge slučajeve upotrebe deuterija i njegovih spojeva. Na primjer, deuterij je neradioaktivni pokazatelj izotopa za proučavanje hemijskih reakcija i metaboličkih puteva. Osim toga, koristan je za proučavanje makromolekula pomoću rasipanja neutrona. Deuterirani rastvarači (poput teške vode) se obično koriste u spektroskopiji nuklearne magnetne rezonance (NMR), jer ovi rastvarači ne utiču na NMR spektre jedinjenja koja se proučavaju. Deuterirana jedinjenja su takođe korisna za femtosekundnu infracrvenu spektroskopiju. Deuterij je također gorivo za reakcije nuklearne fuzije koje bi se jednog dana mogle koristiti za proizvodnju električne energije u industrijskim razmjerima.