Deuterium je... Definice, aplikace, vlastnosti

Všechny prvky mají atomy jako svou základní jednotku a Atom obsahuje tři základní částice, které jsou záporně nabité elektrony, kladně nabité protony a neutrony neutrálních částic. Počet protonů a neutronů přítomných v jádru se nazývá hmotnostní počet prvků a počet protonů se nazývá atomové číslo. Stejné prvky, jejichž atomy obsahují stejný počet protonů, ale různý počet neutronů, se nazývají izotopy. Jako příklad můžeme vzít vodík, který má tři izotopy. Je to vodík s nulovými neutrony, Deuterium obsahující jeden neutron a tritium-obsahuje dva neutrony. Tento článek pojednává o izotopu vodíku zvaném Deuterium, známém stejně jako těžký vodík.

Co je deuterium?

Deuterium je izotop vodíku, který se liší od vodíku jediným neutronem. Vodík má obvykle pouze jeden proton, zatímco Deuterium má jeden proton a jeden neutron. Je široce používán ve štěpných reakcích.

Deuterium (chemický symbol D nebo 2h) je stabilní izotop vodíku, který se přirozeně vyskytuje v extrémně malých množstvích. Deuteriové jádro zvané deitron obsahuje jeden proton a jeden neutron, zatímco mnohem běžnější vodíkové jádro obsahuje pouze jeden proton a neobsahuje neutrony. Proto má každý atom deuteria hmotnost, která je přibližně dvojnásobkem hmotnosti běžného atomu vodíku, a Deuterium se také nazývá těžký vodík. Voda, ve které jsou běžné atomy vodíku nahrazeny atomy deuteria, se nazývá těžká voda.

Klíčové vlastnosti

Izotopová hmotnost deuteria - 2,014102 u. Deuterium má stabilní poločas rozpadu, protože je stabilním izotopem.

Nadměrná energie deuteria je 13 135 720 ± 0,001 kev. Vazebná energie pro jádro deuteria je 2224,52 ± 0,20 kev. Deuterium se kombinuje s kyslíkem za vzniku D2O( 2H2Ó), známého jako těžká voda. Deuterium není radioaktivní izotop.

Deuterium není nebezpečné pro zdraví, ale může být použit k vytvoření jaderných zbraní. Deuterium se nevyrábí uměle, protože je přirozeně přítomno ve velkém množství v oceánské vodě a může sloužit mnoha generacím lidí. Získává se z oceánu pomocí procesu odstředění.

Těžký vodík

Těžký vodík je název některého z vyšších izotopů vodíku, jako je deuterium a tritium. Ale častěji se používá pro Deuterium. Jeho atomová hmotnost je asi 2 a jeho jádro obsahuje 1 proton a 1 Neutron. Jeho hmotnost je tedy dvojnásobkem hmotnosti normálního vodíku. Extra neutron v deuteriu je těžší než normální vodík, proto se nazývá těžký vodík.

Těžký vodík objevil Harold Urey v roce 1931-tento objev získal Nobelovu cenu za chemii v roce 1934. Uri předpověděl rozdíl mezi tlakem páry molekulárního vodíku (H2) a odpovídající molekulou s jedním atomem vodíku nahrazeným deuteriem (HD), a tím možnost separace těchto látek destilací kapalného vodíku. Deuterium bylo nalezeno ve zbytku destilace kapalného vodíku. Byl připraven v čisté formě G.N. Lewis pomocí elektrolytické metody koncentrace. Když je voda elektrifikována, vytvoří se plynný vodík, který obsahuje malé množství deuteria, takže Deuterium se koncentruje ve vodě. Když se množství vody sníží na přibližně sto tisícin původního objemu v důsledku probíhající elektrolýzy, poskytuje se téměř čistý oxid deuteria známý jako těžká voda. Tato metoda přípravy těžké vody byla použita během druhé světové války.

Etymologie a chemický symbol

Jméno "deuterium" pochází z řeckého slova deuteros, což znamená "druhý". To naznačuje, že s atomovým jádrem složeným ze dvou částic je deuterium druhým izotopem po konvenčním (nebo lehkém) vodíku.

Deuterium je často označováno chemickým symbolem D. Jako izotop vodíku s hmotnostním číslem 2 je také reprezentován jako H. Vzorec deuteria - 2H. Mezinárodní unie pro teoretickou a aplikovanou chemii (IUPAC) umožňuje použití jak D, tak H, i když je preferován H.

Jak získat Deuterium z vody?

Tradiční metoda koncentrace deuteria ve vodě využívá izotopovou výměnu v plynném sirovodíku, i když se nyní vyvíjejí pokročilejší metody. Separace různých izotopů vodíku lze také provést plynovou chromatografií a kryogenní destilací, které využívají rozdíly ve fyzikálních vlastnostech k oddělení izotopů.

Deuteriová voda

Voda deuteria, známá jako těžká voda, je jako běžná voda. Je tvořen kombinací deuteria a kyslíku a je označen jako 2H2Ó. Deuteriová voda je viskóznější než běžná voda. Těžká voda je o 10,6% hustší než obvykle, takže led těžké vody klesá v běžné vodě. U některých zvířat je deuteriová voda toxická, zatímco jiná jsou schopna přežít v těžké vodě, ale budou se v ní vyvíjet pomaleji než v normální vodě. Deuteriová voda není radioaktivní. Lidské tělo obsahuje asi 5 gramů deuteria a je neškodné. Pokud těžká voda vstupuje do těla ve velkém množství (například asi 50% vody v těle je těžké), může to vést k dysfunkci buněk a nakonec k smrti.

Rozdíly v těžké vodě:

• Teplota mrazu je 3,82 °C.
• Bod varu je 101,4 °C.
• Hustota těžké vody je 1,1056 g / ml (normální voda - 0,9982 g / ml).
• pH těžké vody je 7,43 (běžná voda - 6,9996).
• Existuje malý rozdíl v chuti a vůni jednoduché a těžké vody.

Aplikace deuteria

Vědci vyvinuli mnoho případů použití pro deuterium a jeho sloučeniny. Například Deuterium je neradioaktivní izotopový indikátor pro studium chemických reakcí a metabolických drah. Kromě toho je užitečný pro studium makromolekul rozptylem neutronů. Deuterovaná rozpouštědla (jako těžká voda) se běžně používají v nukleární magnetické rezonanční spektroskopii (NMR), protože tato rozpouštědla neovlivňují NMR spektra zkoumaných sloučenin. Deuterované sloučeniny jsou také užitečné pro femtosekundovou infračervenou spektroskopii. Deuterium je také palivem pro reakce jaderné fúze, které mohou být někdy použity k výrobě elektřiny v průmyslovém měřítku.