Deuteriu | |
---|---|
Nume, simbol | Deuteriu, 2 H |
Titluri alternative | hidrogen greu, D |
Neutroni | unu |
Proprietățile nuclidelor | |
Masă atomică | 2.0141017778(4) [1] a. mânca. |
defect de masă | 13 135.7216(3) [1] k eV |
Energie de legare specifică (per nucleon) | 1 112.283(0) [1] keV |
Abundența izotopică | 0,0115(70)% [2] |
Jumătate de viață | stabil [2] |
Spinul și paritatea nucleului | 1 + [2] |
Tabelul nuclizilor | |
Fișiere media la Wikimedia Commons |
Deuteriu ( lat. deuterium , din greaca veche δεύτερος „al doilea”), hidrogen greu , notat prin simbolurile D și 2 H - un izotop stabil al hidrogenului cu masa atomică egală cu 2. Nucleul ( deuteron ) este format dintr-un proton și un neutron .
Descoperit în 1932 de fizicianul american Harold Urey . Conținutul natural este de 0,0115 ± 0,0070 [2] %.
Compușii izotopilor de hidrogen practic nu diferă în proprietăți chimice, dar au proprietăți fizice destul de diferite (punct de topire, punct de fierbere, greutate) [3] . Molecula D2 este formată din doi atomi de deuteriu. Substanța are următoarele proprietăți fizice:
Conținutul de deuteriu în hidrogen natural este de 0,011…0,016 at.% [5][ pagina nespecificată 25 de zile ] . Deci, în apa de mare din apropierea coastei, raportul concentrațiilor atomice [D]/[H] este (1,55÷1,56) 10 −4 (un atom de deuteriu la 6410÷6450 atomi de proțiu), în apele apropiate de suprafață - (1 , 32÷1,51) 10 −4 (1:6600÷7600), în gaze naturale — (1,10÷1,34) 10 −4 (1:7500÷9100) [5] .
Conform proprietăților lor chimice, compușii de deuteriu au anumite caracteristici. Deci, de exemplu, legăturile carbon-deuteriu se dovedesc a fi mai „puternice” decât legăturile carbon-protiu, motiv pentru care reacțiile chimice care implică atomii de deuteriu sunt de câteva ori mai lente. Aceasta, în special, este responsabilă pentru toxicitatea apei grele (apa cu compoziția D 2 O este numită apă grea din cauza diferenței mari în masa de protiu și deuteriu).
Producția mondială de deuteriu este de zeci de mii de tone pe an. Cei mai mari producători de apă grea din lume sunt India, China și Iran [6] . În industrie, producția de apă grea (îmbogățirea apei cu deuteriu) se bazează pe procese de schimb ionic , în special procesul Girdler Sulfide , care utilizează schimbul de izotopi între apă și hidrogen sulfurat sau între hidrogen și amoniac . De asemenea, se utilizează electroliza în mai multe etape a apei, rectificarea hidrogenului lichid. [4] Electroliza a 100 litri de apă eliberează 7,5 ml de 60% D 2 O [7] .
Conținutul de deuteriu din apa naturală este de 1,03 ori mai mare decât în abur (acesta este factorul de separare pentru acest amestec). Prin urmare, cu fierberea repetată a apei naturale cu adăugarea constantă de apă nouă la reziduul de fierbere, apa grea se va acumula treptat în ibric. Cu toate acestea, este foarte lent, prin urmare, chiar și cu un număr mare de repetări ale acestui proces, conținutul de apă grea nu va deveni periculos pentru sănătate, contrar presupunerii lui V.V. Pokhlebkin din cartea „Ceaiul. Tipurile sale, proprietățile, utilizarea”, publicată în 1968 [8] . Academicianul Igor Vasilievich Petryanov-Sokolov a calculat odată câtă apă trebuie să se evapore dintr-un ibric pentru ca conținutul de deuteriu să crească vizibil în reziduu. S-a dovedit că pentru a obține 1 litru de apă, în care concentrația de deuteriu este de 0,15%, adică de numai 10 ori mai mare decât cea naturală, în ibric trebuie adăugate un total de 2,1⋅10 30 de tone de apă, care este de 300 de milioane de ori mai mare decât masa Pământului [9] .
Deuteriul a fost descoperit în 1932 de către Harold Urey și colegii săi folosind metoda spectrală .
Rutherford , nemulțumit de numele „dayton” [10] propus de descoperitori , a propus o variantă a numelui – „diplogen”, respectiv nucleul „diplon”.
Oamenii de știință au emis ipoteza existenței izotopilor stabili ai elementelor ușoare încă din 1913 când studiau neonul. Existența acestor izotopi a fost dovedită în 1920 prin spectrometrie de masă. Adevărat, în acel moment a predominat teoria, conform căreia izotopii diferă în ceea ce privește numărul de „electroni intranucleari” ai diferiților atomi ai elementului (neutronul a fost descoperit mai târziu - în 1932). Măsurătorile masei atomice relative a hidrogenului au dat o valoare apropiată de 1 amu. e. m., care este egală cu masa protonului. Prin urmare, s-a presupus că hidrogenul nu poate conține un electron intranuclear, altfel ar compensa încărcătura nucleului. Astfel, se credea că hidrogenul nu are izotopi grei.
Deuteriul a fost descoperit pentru prima dată de chimistul Harold Urey la Universitatea Columbia la sfârșitul anului 1931. Ferdinand Brikwedde , care l-a ajutat pe Urey, a distilat cinci litri de hidrogen lichid din ciclul criogenic . Brickwedde a lucrat la noul Laborator de temperatură joasă de la Biroul Național de Standarde și Greutăți din SUA (NIST). Ca rezultat, volumul de lichid a fost de 1 ml. Anterior, aceeași tehnică a fost folosită pentru a produce izotopi grei de neon. Tehnica de evaporare a hidrogenului lichid a făcut posibilă creșterea fracției de izotop de hidrogen cu o masă de 2 într-o asemenea măsură încât să poată fi detectat în mod fiabil prin metode de spectroscopie [11] .
La 15 iunie 1933, Urey, Murphy și Brickwedde au trimis o scrisoare editorului revistei științifice ,;tritiușideuteriu,protiumhidrogenuluiizotopiipropunând nume pentruJournal of Chemical PhysicsThe cuvintele grecești „protos” („primul”) și „deuteros” (“al doilea”) [12] [ 13] . Urey a primit Premiul Nobel pentru Chimie în 1934 pentru descoperirea deuteriului.
Cele mai mari cantități de deuteriu sunt folosite în energia nucleară [6] . Are cele mai bune proprietăți de moderare a neutronilor. Într-un amestec cu tritiu sau în combinație cu litiu-6 (hidrură de litiu 6 LiD) este utilizat pentru reacțiile termonucleare în bombe cu hidrogen . În timpul unei explozii, apar reacții :
.Este, de asemenea, utilizat ca indicator stabil etichetat în cercetările și tehnologiile chimice, biologice și de alt laborator [6] . De asemenea, promițătoare este și utilizarea deuteriului (amestecat cu tritiu ) pentru a obține plasmă la temperatură înaltă , necesară pentru implementarea fuziunii termonucleare controlate (vezi proiectul ITER ) [6] .
De ceva timp, deuteriul este folosit în medicină de companiile farmaceutice care încearcă să mărească timpul de metabolism al medicamentului , adică să încetinească eliminarea acestuia din organism, această încetinire a medicamentelor modificate cu deuteriu se observă datorită deuteriului primar. efect izotop - o scădere a vitezei reacției carbon-deuteriu gap.legături în comparație cu carbon -protiu [14] [15] .
De asemenea, deuteriul este folosit în generatoarele de neutroni [6] .
Dicționare și enciclopedii | |
---|---|
În cataloagele bibliografice |
|
Izotopi ai hidrogenului | |
---|---|
Stabil: 1 H: Protiu , D, 2 H: Deuteriu 10-10.000 de ani: T, 3 H: Tritiu Instabil (mai puțin de o zi): 4 H: Hidrogen-4 , 5 H: Hidrogen-5 , 6 H: Hidrogen-6 , 7 H: Hidrogen-7 | |
Vezi si. Hidrogen , Tabelul nuclizilor |
Tehnologii nucleare | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Inginerie | |||||||
materiale | |||||||
Energia nucleară |
| ||||||
Medicina nucleara |
| ||||||
Arme nucleare |
| ||||||
|