Svi elementi imaju atome kao osnovnu jedinicu, a atom sadrži tri temeljne čestice, koje su negativno nabijeni elektroni, pozitivno nabijeni protoni i neutroni neutralnih čestica. Broj protona i neutrona prisutnih u jezgri naziva se masenim brojem elemenata, a broj protona atomskim brojem. Isti elementi čiji atomi sadrže isti broj protona, ali različit broj neutrona nazivaju se izotopi. Primjer je vodik, koji ima tri izotopa. Ovo je vodik s nula neutrona, deuterij koji sadrži jedan neutron, a tricij - sadrži dva neutrona. Ovaj će se članak usredotočiti na izotop vodika zvan deuterij, također poznat kao teški vodik.
Što je deuterij?
Deuterij je izotop vodika koji se od vodika razlikuje za jedan neutron. Tipično, vodik ima samo jedan proton, dok deuterij ima jedan proton i jedan neutron. Široko se koristi u reakcijamapodjela.
Deuterij (kemijski simbol D ili ²H) je stabilan izotop vodika koji se nalazi u prirodi u iznimno malim količinama. Jezgra deuterija, nazvana deuteron, sadrži jedan proton i jedan neutron, dok mnogo češća jezgra vodika sadrži samo jedan proton i nema neutrona. Stoga svaki atom deuterija ima masu koja je otprilike dvostruko veća od mase običnog atoma vodika, a deuterij se također naziva i teškim vodikom. Voda u kojoj su obični atomi vodika zamijenjeni atomima deuterija naziva se teška voda.
Ključne značajke
Izotopska masa deuterija - 2, 014102 jedinice. Deuterij ima stabilan poluživot jer je stabilan izotop.
Višak energije deuterija je 13,135,720 ± 0,001 keV. Energija vezanja za jezgru deuterija je 2224,52 ± 0,20 keV. Deuterij se spaja s kisikom i tvori D2O (2H2O), također poznat kao teška voda. Deuterij nije radioaktivni izotop.
Deuterij nije opasan po zdravlje, ali se može koristiti za stvaranje nuklearnog oružja. Deuterij se ne proizvodi umjetno, jer ga prirodno ima u obilnoj vodi oceana i može poslužiti mnogim generacijama ljudi. Izvađen je iz oceana postupkom centrifugiranja.
Teški vodik
Teški vodik je naziv za bilo koji od viših izotopa vodika, kao što su deuterij i tricij. Ali češće se koristi za deuterij. Njegova atomska masa jeoko 2, a njegova jezgra sadrži 1 proton i 1 neutron. Dakle, njegova je masa dvostruko veća od normalnog vodika. Dodatni neutron u deuteriju čini ga težim od normalnog vodika, zbog čega se naziva teškim vodikom.
Teški vodik otkrio je Harold Urey 1931. - ovo otkriće je nagrađeno Nobelovom nagradom za kemiju 1934. godine. Urey je predvidio razliku između tlaka pare molekularnog vodika (H2) i odgovarajuće molekule s jednim atomom vodika zamijenjenim deuterijem (HD), a time i mogućnost odvajanja tih tvari destilacijom tekućeg vodika. Deuterij je pronađen u ostatku od destilacije tekućeg vodika. U čistom obliku pripremio ga je G. N. Lewisa koristeći metodu elektrolitičke koncentracije. Kada se voda naelektrizira, nastaje plinovit vodik koji sadrži malu količinu deuterija, pa se deuterij koncentrira u vodi. Kada se kontinuiranom elektrolizom količina vode smanji na oko sto tisućinki njezinog izvornog volumena, dobiva se gotovo čisti deuterijev oksid, poznat kao teška voda. Ova metoda pripreme teške vode korištena je tijekom Drugog svjetskog rata.
Etimologija i kemijski simbol
Ime "deuterij" dolazi od grčke riječi deuteros, što znači "drugi". To pokazuje da je s atomskom jezgrom koja se sastoji od dvije čestice, deuterij drugi izotop nakon običnog (ili laganog) vodika.
Deuterij se često označava kemikalijomsimbol D. Kao izotop vodika s masenim brojem 2, također je predstavljen kao H. Formula za deuterij je 2H. Međunarodna unija čiste i primijenjene kemije (IUPAC) dopušta i D i H, iako se preferira H.
Kako dobiti deuterij iz vode?
Tradicionalna metoda koncentriranja deuterija u vodi koristi izmjenu izotopa u plinovitom sumporovodiku, iako se razvijaju bolje metode. Odvajanje različitih izotopa vodika također se može obaviti pomoću plinske kromatografije i kriogene destilacije, koje koriste razlike u fizičkim svojstvima za razdvajanje izotopa.
deuterijeva voda
Deuterijeva voda, također poznata kao teška voda, slična je običnoj vodi. Nastaje kombinacijom deuterija i kisika i označava se kao 2H2O. Deuterijeva voda je viskoznija od obične vode. Teška voda je 10,6% gušća od obične vode, pa led teške vode tone u običnoj vodi. Za neke životinje, deuterijeva voda je otrovna, dok druge mogu preživjeti u teškoj vodi, ali će se u njoj razvijati sporije nego u normalnoj vodi. Deuterijeva voda nije radioaktivna. Ljudsko tijelo sadrži oko 5 grama deuterija, a on je bezopasan. Ako teška voda uđe u tijelo u velikim količinama (na primjer, oko 50% vode u tijelu postane teška), to može dovesti do disfunkcije stanica i na kraju smrti.
Razlike u teškoj vodi:
- Točka smrzavanja je 3,82°C.
- Temperaturavrelište je 101,4 °C.
- Gustoća 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 okusu i mirisu između obične i teške vode.
Upotreba deuterija
Znanstvenici su razvili mnoge namjene za deuterij i njegove spojeve. Na primjer, deuterij je neradioaktivni tragač izotopa za proučavanje kemijskih reakcija i metaboličkih puteva. Osim toga, koristan je za proučavanje makromolekula pomoću raspršenja neutrona. Deuterirana otapala (poput teške vode) obično se koriste u spektroskopiji nuklearne magnetske rezonancije (NMR) jer ta otapala ne utječu na NMR spektar spojeva koji se proučavaju. Deuterirani spojevi su također korisni za femtosekundnu infracrvenu spektroskopiju. Deuterij je također gorivo za reakcije nuklearne fuzije, koje bi se jednog dana moglo koristiti za proizvodnju električne energije u industrijskim razmjerima.
