A deutérium az... Meghatározás, alkalmazás, tulajdonságok

Minden elemnek atomjai vannak alapegységként, és egy atom három alapvető részecskét tartalmaz, amelyek negatív töltésű elektronok, pozitív töltésű protonok és semleges részecskék neutronjai. Az atommagban jelen lévő protonok és neutronok számát az elemek tömegszámának, a protonok számát pedig az atomszámnak nevezzük. Ugyanazok az elemek, amelyek atomjai azonos számú protont tartalmaznak, de eltérő számú neutron, izotópoknak nevezzük. Például vehetünk hidrogént, amelynek három izotópja van. Ezek nulla neutronú hidrogén, deutérium, amely egy neutronot tartalmaz, a trícium pedig két neutronot tartalmaz. Ebben a cikkben a hidrogén izotópjáról beszélünk, amelyet deutériumnak neveznek, más néven nehéz hidrogénnek.

Mi a deutérium?

A deutérium a hidrogén izotópja, amely egy neutronnal különbözik a hidrogéntől. A hidrogénnek általában csak egy protonja van, míg a deutériumnak egy protonja és egy neutronja. Széles körben használják a hasadási reakciókban.

A deutérium (D vagy 2H kémiai szimbólum) a természetben rendkívül kis mennyiségben található hidrogén stabil izotópja. A deutériummag, az úgynevezett deuteron, egy protont és egy neutronot tartalmaz, míg a sokkal gyakoribb hidrogénmag csak egy protont tartalmaz, és nem tartalmaz neutronokat. Ezért minden deutérium atom tömege körülbelül kétszerese a közönséges hidrogénatom tömegének, a deutériumot nehéz hidrogénnek is nevezik. A vizet, amelyben a közönséges hidrogénatomokat deutérium atomok helyettesítik, nehézvíznek nevezzük.

Főbb Jellemzők

A deutérium izotóp tömege 2,014102 egység. A deutérium felezési ideje stabil, mert stabil izotóp.

A deutérium többletenergiája 13,135,720 6,001 keV. A deutériummag kötési energiája 2224,52 0,20 keV. A deutérium oxigénnel kombinálva D2O (2H2O), más néven nehézvíz képződik. A deutérium nem radioaktív izotóp.

A deutérium nem veszélyes egészség, de lehet használni, hogy hozzon létre nukleáris fegyverek. A deutériumot nem mesterségesen állítják elő, mivel természetes módon nagy mennyiségben van jelen az óceánvízben, és emberek sok generációját képes kiszolgálni. Centrifugálási eljárással extrahálják az óceánból.

Nehéz hidrogén

A nehéz hidrogén a hidrogén magasabb izotópjainak, például a deutériumnak és a tríciumnak a neve. De gyakrabban használják a deutériumot. Atomtömege körülbelül 2, magja pedig 1 protont és 1 neutronot tartalmaz. Így tömege kétszerese a normál hidrogén tömegének. A deutériumban lévő extra neutron nehezebbé teszi, mint a normál hidrogén, ezért hívják nehéz hidrogénnek.

A nehéz hidrogént Harold Urey fedezte fel 1931 - ben-ezt a felfedezést 1934-ben kémiai Nobel-díjjal tüntették ki. Urey megjósolta a molekuláris hidrogén (H2) gőznyomásának különbségét a megfelelő molekulával, amelynek egy hidrogénatomját deutériummal (HD) helyettesítették, és így a folyékony hidrogén desztillációjával elválaszthatja ezeket az anyagokat. A folyékony hidrogén desztillációjának maradékában deutériumot találtak. A szakács a legtisztább formában Mr.. Lewis az elektrolitikus koncentráció módszerével. Amikor a vizet villamosítják, hidrogéngáz képződik, amely kis mennyiségű deutériumot tartalmaz, így a deutérium koncentrálódik a vízben. Amikor a folyamatban lévő elektrolízis eredményeként a víz mennyisége az eredeti térfogatának körülbelül százezredére csökken, szinte tiszta deutérium-oxid, nehézvíz néven ismert, biztosított. Ezt a nehézvíz-előállítási módszert a második világháború alatt használták.

Etimológia és kémiai szimbólum

A név "deutérium" a görög deuteros szóból származik, ami azt jelenti "a második". Ez azt jelzi, hogy két részecskéből álló atommag esetén a deutérium a második izotóp a szokásos (vagy könnyű) hidrogén után.

A deutériumot gyakran a D kémiai szimbólum jelöli. Hidrogén izotópként, amelynek tömege 2, H-ként is képviselteti magát. A deutérium-2H képlete. Az elméleti és alkalmazott kémia Nemzetközi Szövetsége (IUPAC) lehetővé teszi mind a D, mind a H használatát, bár a H előnyös.

Hogyan juthat el a deutérium a vízből?

A deutérium vízben történő koncentrálásának hagyományos módszere izotópcserét alkalmaz hidrogén-szulfid gázban, bár jelenleg fejlettebb módszereket fejlesztenek ki. A különböző hidrogénizotópok szétválasztása gázkromatográfiával és kriogén desztillációval is elvégezhető, amelyek a fizikai tulajdonságok különbségeit használják az izotópok elválasztására.

Deutérium víz

A deutériumvíz, más néven nehézvíz, hasonló a közönséges vízhez. Deutérium és oxigén kombinációjával jön létre, és 2H2O-nak nevezik. A deutériumvíz viszkózusabb, mint a szokásos. A nehézvíz 10,6% - kal sűrűbb, mint a közönséges víz, így a nehézvíz jég a közönséges vízbe süllyed. Egyes állatok esetében a deutériumvíz mérgező, míg mások nehéz vízben képesek túlélni, de lassabban fejlődnek benne, mint a normál. A deutériumvíz nem radioaktív. Az emberi test körülbelül 5 gramm deutériumot tartalmaz, ártalmatlan. Ha a nehézvíz nagy mennyiségben jut be a testbe (például a testben lévő víz körülbelül 50% - a nehézzé válik), ez sejtműködési zavarhoz, végül halálhoz vezethet.

A nehézvíz különbségei:

• A fagypont 3,82 kb C.
• A forráspont 101,4 C.
• A nehézvíz sűrűsége 1,1056 g/ml (normál víz 0,9982 g / ml).
• A nehézvíz pH-ja 7,43 (normál víz 6,9996).
• Van egy kis különbség az íze és illata sima és nehéz víz.

Deutérium alkalmazása

A tudósok számos felhasználási esetet fejlesztettek ki a deutérium és vegyületei számára. Például a deutérium nem radioaktív izotóp indikátor a kémiai reakciók és az anyagcsere utak tanulmányozására. Ezenkívül hasznos a makromolekulák tanulmányozására neutronszórással. A deuterált oldószereket (például a nehézvizet) általában használják magmágneses rezonancia (NMR) spektroszkópia, mivel ezek az oldószerek nem befolyásolják a vizsgált vegyületek NMR spektrumát. A deuterált vegyületek femtoszekundumos infravörös spektroszkópiában is hasznosak. A deutérium a nukleáris fúziós reakciók üzemanyaga is, amelyet valamikor ipari méretű villamos energia előállítására lehet felhasználni.