Львів
C
» » Дейтерій - це Визначення, застосування, властивості

Дейтерій - це Визначення, застосування, властивості

Всі елементи мають атоми в якості своєї основної одиниці, а атом містить три фундаментальні частинки, які є негативно зарядженими електронами, позитивно зарядженими протонами і нейтронами нейтральних частинок. Кількість протонів і нейтронів, присутніх в ядрі, називається масовим числом елементів, а число протонів - атомним номером. Ті ж самі елементи, атоми яких містять однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів називаються ізотопами. В якості прикладу можна взяти водень, який має три ізотопи. Це водень з нульовими нейтронами, дейтерій, що містить один нейтрон, і тритій - він містить два нейтрона. У цій статті мова піде про ізотоп водню, який називається дейтерієм, відомому так само, як важкий водень.


Дейтерій - це Визначення, застосування, властивості

Що таке дейтерій?

Дейтерій – це ізотоп водню, який відрізняється від водню одним нейтроном. Зазвичай водень має тільки один протон, а дейтерій - один протон і один нейтрон. Він широко застосовується в реакціях поділу. Дейтерій (хімічний символ D або 2H) є стабільним ізотопом водню, що зустрічається в природі у надзвичайно невеликих кількостях. Ядро дейтерію, зване дейтроном, містить один протон і один нейтрон, тоді як набагато більш поширене ядро водню містить тільки один протон і не містить нейтронів. Отже, кожен атом дейтерію має масу, яка приблизно вдвічі більше маси звичайного атома водню і дейтерію також називають важким воднем. Вода, в якій звичайні атоми водню замінені атомами дейтерію, називається важкою водою.

Основні характеристики

Ізотопна маса дейтерію - 2014102 од. Дейтерій має стабільний період напіврозпаду, оскільки він є стабільним ізотопом. Надлишкова енергія дейтерію становить 13135720 ± 0001 кев. Енергія зв'язування для ядра дейтерію - 222452 ± 020 кев. Дейтерій з'єднується з киснем з утворенням D2O (2Н2О), так само відомому, як важка вода. Дейтерій – це не радіоактивний ізотоп.


Дейтерій не небезпечний для здоров'я, але може бути використаний для створення ядерної зброї. Дейтерій не проводиться штучно, оскільки він природним чином у великій кількості присутній в океанській воді і може служити багатьом поколінням людей. Його витягують з океану, використовуючи процес центрифугування.
Дейтерій - це Визначення, застосування, властивості

Важкий водень

Важкий водень - це назва будь-якого з вищих ізотопів водню, таких як дейтерій і тритій. Але найчастіше воно використовується для дейтерію. Його атомна маса становить близько 2 і в його ядрі міститься 1 протон і 1 нейтрон. Таким чином, його маса в два рази більше маси нормального водню. Додатковий нейтрон в дейтерію робить його важче нормального водню, тому його називають важким воднем. Важкий водень був виявлений Гарольдом Юрі в 1931 році - це відкриття було удостоєно Нобелівської премії по хімії в 1934 році. Юрі передбачив різницю між тиском пари молекулярного водню (H2) і відповідної молекули з одним атомом водню, заміненим дейтерієм (HD), і, таким чином, можливість поділу цих речовин шляхом перегонки рідкого водню. Дейтерій був виявлений в залишок від перегонки рідкого водню. Він був приготований в чистому вигляді Р. Н. Льюїсом з допомогою електролітичного методу концентрації. Коли вода електризується, утворюється газоподібний водень, який містить невелику кількість дейтерію, тому дейтерій концентрується у воді. Коли кількість води зменшується до приблизно ста тисячних від її початкового об'єму в результаті триваючого електролізу, забезпечується майже чистий оксид дейтерію, відомий як важка вода. Цей метод приготування важкої води був використаний під час Другої світової війни.
Дейтерій - це Визначення, застосування, властивості

Етимологія та хімічний символ

Назва "дейтерій" походить від грецького слова deuteros, що означає "другий". Це вказує на те, що з атомним ядром, що складається з двох часток, дейтерій – це другий ізотоп після звичайного (або легкого) водню. Дейтерій часто позначається хімічним символом D. Як ізотоп водню з масовим числом 2 він також представлений як H. Формула дейтерію - 2Н. Міжнародний союз теоретичної і прикладної хімії (IUPAC) допускає використання як D, так і H, хоча кращим є H.

Як отримати дейтерій із води?

Традиційний метод концентрування дейтерію у воді використовує ізотопний обмін в газоподібному сірководні, хоча в даний час розробляються досконаліші методи. Поділ різних ізотопів водню також можна проводити за допомогою газової хроматографії та кріогенної дистиляції, які використовують відмінності у фізичних властивостях для розділення ізотопів.
Дейтерій - це Визначення, застосування, властивості

Дейтерієва вода

Вода дейтерію, так само відома, як важка вода, схожа на звичайну воду. Вона утворена комбінацією дейтерію і кисню і позначається як 2Н2О. Дейтерієва вода більш в'язка, ніж звичайна. Важка вода щільніше звичайної на 106%, тому лід важкої води тоне у звичайній воді. Для деяких тварин дейтерієва вода є токсичною, в той час як інші здатні вижити у важкій воді, але розвиватися в ній вони будуть повільніше, ніж у нормальної. Дейтерієва вода не радіоактивна. Організм людини містить близько 5 грамів дейтерію, і він нешкідливий. Якщо важка вода потрапляє в організм у великих кількостях (наприклад, близько 50% води в організмі стає важкою), це може призвести до дисфункції клітин, і в кінцевому підсумку - до смерті. Відмінності важкої води:
  • Температура замерзання становить 382 °С.
  • Температура кипіння становить 1014 °С.
  • Щільність важкої води становить 11056 г/мл (нормальної води - 09982 г/мл).
  • pH важкої води становить 743 (звичайної води - 69996).
  • Існує невеличка різниця в смаку і запаху простий і важкої води.
  • Дейтерій - це Визначення, застосування, властивості

    Застосування дейтерію

    Вчені розробили безліч варіантів використання для дейтерію і його сполук. Наприклад, дейтерій - це нерадіоактивний ізотопний індикатор для вивчення хімічних реакцій і метаболічних шляхів. Крім того, він корисний для вивчення макромолекул за допомогою розсіювання нейтронів. Дейтеровані розчинники (як важка вода) зазвичай використовуються в спектроскопії ядерного магнітного резонансу (ЯМР), оскільки ці розчинники не впливають на спектри ЯМР досліджуваних сполук. Дейтеровані з'єднання також корисні для фемтосекундной інфрачервоної спектроскопії. Дейтерій також є паливом для реакцій ядерного синтезу, які коли-небудь можуть бути використані для виробництва електроенергії в промислових масштабах.