Deuteriul este... Definiție, aplicații, proprietăți

Toate elementele au ca unitate de bază atomii, iar atomul conține trei particule fundamentale, care sunt electronii încărcați negativ, protonii încărcați pozitiv și neutronii de particule neutre. Numărul de protoni și neutroni prezenți în nucleu se numește numărul de masă al elementului, iar numărul de protoni se numește număr atomic. Aceleași elemente ai căror atomi conțin același număr de protoni, dar un număr diferit de neutroni se numesc izotopi. Ca exemplu, hidrogenul, care are trei izotopi. Este format din hidrogen cu zero neutroni, deuteriu, care conține un neutron, și tritiu, care conține doi neutroni. Acest articol se va concentra asupra izotopului de hidrogen numit deuteriu, cunoscut și sub numele de hidrogen greu.

Ce este deuteriul?

Deuteriul este un izotop al hidrogenului care diferă de acesta printr-un singur neutron. În mod normal, hidrogenul are doar un singur proton, în timp ce deuteriul are un proton și un neutron. Este utilizat pe scară largă în reacțiile de fisiune.

Deuteriul (simbol chimic D sau ²H) este un izotop stabil al hidrogenului care se găsește în natură în cantități extrem de mici. Nucleul de deuteriu, numit deuteron, conține un proton și un neutron, în timp ce nucleul de hidrogen, mult mai comun, conține doar un proton și niciun neutron. În consecință, fiecare atom de deuteriu are o masă care este de aproximativ două ori mai mare decât cea a unui atom de hidrogen obișnuit, iar deuteriul este numit și hidrogen greu. Apa în care atomii normali de hidrogen au fost înlocuiți cu atomi de deuteriu se numește apă grea.

Principalele caracteristici ale

Masa izotopică a deuteriului este de 2,014102 unități. Deuteriul are un timp de înjumătățire stabil, deoarece este un izotop stabil.

Energia în exces a deuteriului este de 13.135.720 ± 0,001 keV. Energia de legătură pentru nucleul de deuteriu este de 2224,52 ± 0,20 keV. Deuteriul se combină cu oxigenul pentru a forma D2O (2H2O), cunoscută și sub numele de apă grea. Deuteriul nu este un izotop radioactiv.

Deuteriul nu este periculos pentru sănătate, dar poate fi folosit pentru a crea de o armă nucleară. Deuteriul nu este produs artificial, deoarece se găsește în mod natural în cantități mari în apa oceanelor și poate servi pentru multe generații. Se extrage din ocean prin centrifugare.

Hidrogen greu

Hidrogenul greu este denumirea dată oricăruia dintre izotopii superiori ai hidrogenului, cum ar fi deuteriul și tritiul. Dar cel mai adesea este folosit pentru deuteriu. Masa sa atomică este de aproximativ 2, iar nucleul său conține 1 proton și 1 neutron. Astfel, masa sa este de două ori mai mare decât cea a hidrogenului normal. Neutronul suplimentar din deuteriu îl face mai greu decât hidrogenul normal, de aceea se numește hidrogen greu.

Hidrogenul greu a fost descoperit de Harold Ury în 1931 - o descoperire care i-a adus Premiul Nobel pentru Chimie în 1934. Jüri a prezis diferența dintre presiunea de vapori a hidrogenului molecular (H2) și a moleculei corespunzătoare cu un atom de hidrogen înlocuit cu deuteriu (HD) și, prin urmare, posibilitatea de a separa aceste substanțe prin distilarea hidrogenului lichid. Deuteriul a fost găsit în reziduul de la distilarea hidrogenului lichid. Acesta a fost preparat în formă pură de către G.Н. Lewis folosind metoda de concentrare electrolitică. Când apa este electrificată, se produce hidrogen gazos, care conține cantități mici de deuteriu, astfel încât deuteriul este concentrat în apă. Atunci când cantitatea de apă este redusă la aproximativ o sută de miimi din volumul său inițial prin electroliză continuă, se obține oxid de deuteriu aproape pur, cunoscut sub numele de apă grea. Această metodă de obținere a apei grele a fost folosită în timpul celui de-al Doilea Război Mondial.

Etimologie și simbol chimic

Numele este "Deuteriu" vine de la cuvântul grecesc deuteros, care înseamnă "al doilea". Acest lucru indică faptul că, având un nucleu atomic format din două particule, deuteriul este al doilea izotop după hidrogenul obișnuit (sau ușor).

Deuteriul este adesea desemnat prin simbolul chimic D. Fiind un izotop al hidrogenului cu numărul de masă 2, acesta este reprezentat și sub forma H. Formula deuteriului este 2H. Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC) acceptă atât D, cât și H, deși H este preferat.

Cum se obține deuteriu din apă?

Metoda tradițională de concentrare a deuteriului în apă utilizează schimbul izotopic în hidrogen sulfurat gazos, deși în prezent se dezvoltă metode mai bune. Separarea diferiților izotopi de hidrogen se poate realiza, de asemenea, prin cromatografie în fază gazoasă și distilare criogenică, care exploatează diferențele de proprietăți fizice pentru a separa izotopii.

Apă cu deuteriu

Apa cu deuteriu, cunoscută și sub numele de apă grea, este similară cu apa obișnuită. Acesta este format dintr-o combinație de deuteriu și oxigen și este denumit 2H2O. Apa cu deuteriu este mai vâscoasă decât apa obișnuită. Apa grea este cu 10,6% mai densă decât apa obișnuită, astfel încât gheața de apă grea se scufundă în apa obișnuită. Pentru unele animale, apa cu deuteriu este toxică, în timp ce altele pot supraviețui în apă grea, dar se vor dezvolta mai lent decât în apă normală. Apa cu deuteriu nu este radioactivă. Corpul uman conține aproximativ 5 grame de deuteriu, iar acesta este inofensiv. Dacă apa grea intră în organism în cantități mari (de exemplu, aproximativ 50% din apa din organism devine grea), aceasta poate duce la disfuncții celulare și, în cele din urmă, la moarte.

Diferențe de apă grea:

• Punct de îngheț 3,82 °C.
• Punctul său de fierbere este de 101,4 °C.
• Densitatea apei grele este de 1,1056 g/ml (cea a apei normale este de 0,9982 g/ml).
• pH-ul apei grele este de 7,43 (apa normală este de 6,9996).
• Există o ușoară diferență de gust și miros între apa simplă și cea grea.

Utilizarea deuteriului

Oamenii de știință au dezvoltat multe utilizări pentru deuteriu și compușii săi. De exemplu, deuteriul este un indicator izotopic non-radioactiv pentru studierea reacțiilor chimice și a căilor metabolice. Este, de asemenea, util pentru studierea macromoleculelor prin împrăștierea neutronilor. Solvenții deuterați (cum ar fi apa grea) sunt utilizați în mod obișnuit în spectroscopia de rezonanță magnetică nucleară (RMN), deoarece acești solvenți nu afectează spectrele RMN ale compușilor în cauză. Compușii deuterați sunt, de asemenea, utili pentru spectroscopia în infraroșu de femtosecunde. Deuteriul este, de asemenea, combustibilul pentru reacțiile de fuziune nucleară, care într-o zi ar putea fi folosit pentru a produce electricitate la scară industrială.