Deutérium je... Definícia, aplikácia, vlastnosti

Všetky prvky majú ako svoju základnú jednotku atómy a atóm obsahuje tri základné častice, ktorými sú záporne nabité elektróny, kladne nabité protóny a neutróny neutrálnych častíc. Počet protónov a neutrónov prítomných v jadre sa nazýva hmotnostný počet prvkov a počet protónov sa nazýva atómové číslo. Rovnaké prvky, ktorých atómy obsahujú rovnaký počet protónov, ale iný počet neutrónov, sa nazývajú izotopy. Ako príklad môžeme vziať vodík, ktorý má tri izotopy. Ide o vodík s nulovými neutrónmi, deutérium obsahujúce jeden neutrón a trícium-obsahuje dva neutróny. V tomto článku budeme hovoriť o izotope vodíka, ktorý sa nazýva deutérium, tiež známy ako ťažký vodík.

Čo je deutérium?

Deutérium je izotop vodíka, ktorý sa líši od vodíka jedným neutrónom. Vodík má zvyčajne iba jeden protón, zatiaľ čo deutérium má jeden protón a jeden neutrón. Je široko používaný pri štiepnych reakciách.

Deutérium (chemický symbol D alebo 2H) je stabilný izotop vodíka nachádzajúci sa v prírode v extrémne malých množstvách. Jadro deutéria, nazývané deuterón, obsahuje jeden protón a jeden neutrón, zatiaľ čo oveľa bežnejšie vodíkové jadro obsahuje iba jeden protón a neobsahuje žiadne neutróny. V dôsledku toho má každý atóm deutéria hmotnosť, ktorá je asi dvojnásobkom hmotnosti bežného atómu vodíka, a deutérium sa tiež nazýva ťažký vodík. Voda, v ktorej sú bežné atómy vodíka nahradené atómami deutéria, sa nazýva ťažká voda.

Hlavné Rysy

Izotopová hmotnosť deutéria je 2 014102 jednotiek. Deutérium má stabilný polčas rozpadu, pretože je to stabilný izotop.

Prebytočná energia deutéria je 13 135 720 ± 0,001 keV. Väzbová energia pre jadro deutéria je 2224,52 ± 0,20 keV. Deutérium sa spája s kyslíkom za vzniku D2O (2H2O), tiež známy ako ťažká voda. Deutérium nie je rádioaktívny izotop.

Deutérium nie je nebezpečné pre zdravie, ale môže byť použitý na vytvorenie jadrové zbrane. Deutérium sa nevyrába umelo, pretože je prirodzene prítomné vo veľkých množstvách v oceánskej vode a môže slúžiť mnohým generáciám ľudí. Extrahuje sa z oceánu pomocou centrifugačného procesu.

Ťažký vodík

Ťažký vodík je názov ktoréhokoľvek z vyšších izotopov vodíka, ako je deutérium a trícium. Ale častejšie sa používa pre deutérium. Jeho atómová hmotnosť je asi 2 a jeho jadro obsahuje 1 protón a 1 neutrón. Jeho hmotnosť je teda dvojnásobkom hmotnosti normálneho vodíka. Extra neutrón v deutériu ho robí ťažším ako normálny vodík, a preto sa mu hovorí ťažký vodík.

Ťažký vodík objavil Harold Urey v roku 1931 - tento objav získal Nobelovu cenu za chémiu v roku 1934. Urey predpovedal rozdiel medzi tlakom pár molekulárneho vodíka (H2) a zodpovedajúcou molekulou s jedným atómom vodíka nahradeným deutériom (HD), a teda možnosťou separácie týchto látok destiláciou kvapalného vodíka. Deutérium sa našlo vo zvyšku z destilácie kvapalného vodíka. Bolo varené vo svojej najčistejšej podobe Mr.. Lewis pomocou metódy elektrolytickej koncentrácie. Keď je voda elektrifikovaná, vzniká plynný vodík, ktorý obsahuje malé množstvo deutéria, takže deutérium sa koncentruje vo vode. Keď sa množstvo vody zníži na približne sto tisícin pôvodného objemu v dôsledku prebiehajúcej elektrolýzy, poskytne sa takmer čistý oxid deutéria, známy ako ťažká voda. Tento spôsob prípravy ťažkej vody sa používal počas druhej svetovej vojny.

Etymológia a chemický symbol

Meno "deutérium" pochádza z gréckeho slova deuteros, čo znamená "druhý". To naznačuje, že s atómovým jadrom pozostávajúcim z dvoch častíc je deutérium druhým izotopom po obyčajnom (alebo ľahkom) vodíku.

Deutérium sa často označuje chemickým symbolom D. Ako izotop vodíka s hmotnostným číslom 2 je tiež reprezentovaný ako H. Vzorec deutéria-2H. The Medzinárodná únia teoretickej a aplikovanej chémie (IUPAC) umožňuje použitie oboch D A H, hoci H je preferovaný.

Ako získať deutérium z vody?

Tradičná metóda koncentrácie deutéria vo vode využíva výmenu izotopov v plynnom sírovodíku, aj keď sa v súčasnosti vyvíjajú pokročilejšie metódy. Separáciu rôznych izotopov vodíka je možné uskutočniť aj pomocou plynovej chromatografie a kryogénnej destilácie, ktoré pri separácii izotopov využívajú rozdiely vo fyzikálnych vlastnostiach.

Deutériová voda

Deutériová voda, známa tiež ako ťažká voda, je podobná obyčajnej vode. Je tvorený kombináciou deutéria a kyslíka a je označený ako 2H2O. Deutériová voda je viskóznejšia ako obyčajná. Ťažká voda je o 10,6% hustejšia ako obyčajná voda, takže ťažký vodný ľad klesá v bežnej vode. Pre niektoré zvieratá je deutériová voda toxická, zatiaľ čo iné sú schopné prežiť v ťažkej vode, ale budú sa v nej vyvíjať pomalšie ako za normálnych okolností. Deutériová voda nie je rádioaktívna. Ľudské telo obsahuje asi 5 gramov deutéria a je neškodné. Ak ťažká voda vstupuje do tela vo veľkých množstvách (napríklad asi 50% vody v tele sa stáva ťažkým), môže to viesť k bunkovej dysfunkcii a nakoniec k smrti.

Rozdiely ťažkej vody:

• Bod tuhnutia je 3,82 °C.
• Teplota varu je 101,4 °C.
• Hustota ťažkej vody je 1,1056 g / ml (normálna voda je 0,9982 g / ml).
• PH ťažkej vody je 7,43 (normálna voda je 6,9996).
• V chuti a vôni obyčajnej a ťažkej vody je mierny rozdiel.

Aplikácia deutéria

Vedci vyvinuli veľa prípadov použitia deutéria a jeho zlúčenín. Napríklad deutérium je nerádioaktívny izotopový indikátor na štúdium chemických reakcií a metabolických ciest. Okrem toho je užitočný na štúdium makromolekúl pomocou rozptylu neutrónov. Deuterované rozpúšťadlá (ako ťažká voda) sa bežne používajú v nukleárna magnetická rezonancia (NMR) spektroskopia, pretože tieto rozpúšťadlá neovplyvňujú NMR spektrá študovaných zlúčenín. Deuterované zlúčeniny sú tiež užitočné pre femtosekundovú infračervenú spektroskopiu. Deutérium je tiež palivom pre reakcie jadrovej fúzie, ktoré by sa jedného dňa mohlo použiť na výrobu elektriny v priemyselnom meradle.