Vsi elementi imajo atome kot osnovno enoto, atom pa vsebuje tri osnovne delce, ki so negativno nabiti elektroni, pozitivno nabiti protoni in nevtroni nevtralnih delcev. Število protonov in nevtronov, prisotnih v jedru, se imenuje masno število elementov, število protonov pa atomsko število. Isti elementi, katerih atomi vsebujejo enako število protonov, vendar različno število nevtronov, se imenujejo izotopi. Primer je vodik, ki ima tri izotope. To je vodik z nič nevtroni, devterij, ki vsebuje en nevtron, in tritij - vsebuje dva nevtrona. Ta članek se bo osredotočil na izotop vodika, imenovan devterij, znan tudi kot težki vodik.
Kaj je devterij?
Deuterij je izotop vodika, ki se od vodika razlikuje za en nevtron. Običajno ima vodik samo en proton, devterij pa en proton in en nevtron. Široko se uporablja pri reakcijahdelitev.
Deuterij (kemični simbol D ali ²H) je stabilen izotop vodika, ki ga najdemo v naravi v izjemno majhnih količinah. Deuterijevo jedro, imenovano devteron, vsebuje en proton in en nevtron, medtem ko veliko bolj običajno jedro vodika vsebuje samo en proton in nobenega nevtrona. Zato ima vsak atom devterija maso, ki je približno dvakrat večja od mase navadnega vodikovega atoma, devterij pa imenujemo tudi težki vodik. Voda, v kateri so navadni vodikovi atomi nadomeščeni z atomi devterija, se imenuje težka voda.
Ključne funkcije
Izotopska masa devterija - 2, 014102 enot. Deuterij ima stabilen razpolovni čas, ker je stabilen izotop.
Presežna energija devterija je 13,135,720 ± 0,001 keV. Energija vezave za jedro devterija je 2224,52 ± 0,20 keV. Deuterij se združi s kisikom in tvori D2O (2H2O), znan tudi kot težka voda. Deuterij ni radioaktivni izotop.
Deuterij ni nevaren za zdravje, vendar se lahko uporablja za izdelavo jedrskega orožja. Deuterij se ne proizvaja umetno, saj ga je naravno veliko v oceanski vodi in lahko služi mnogim generacijam ljudi. Pridobiva se iz oceana s postopkom centrifugiranja.
težki vodik
Težki vodik je ime katerega koli od višjih izotopov vodika, kot sta devterij in tritij. Toda pogosteje se uporablja za devterij. Njegova atomska masa jepribližno 2, njegovo jedro pa vsebuje 1 proton in 1 nevtron. Tako je njegova masa dvakrat večja od običajnega vodika. Dodaten nevtron v devteriju ga naredi težjega od običajnega vodika, zato se imenuje težki vodik.
Težki vodik je leta 1931 odkril Harold Urey - to odkritje je bilo leta 1934 nagrajeno z Nobelovo nagrado za kemijo. Urey je napovedal razliko med parnim tlakom molekularnega vodika (H2) in ustrezne molekule z enim atomom vodika, ki je nadomeščen z devterijem (HD), in s tem možnost ločevanja teh snovi z destilacijo tekočega vodika. Deuterij so našli v ostanku destilacije tekočega vodika. V čisti obliki ga je pripravil G. N. Lewisa z uporabo metode elektrolitske koncentracije. Ko je voda elektrificirana, nastane vodikov plin, ki vsebuje majhno količino devterija, zato je devterij koncentriran v vodi. Ko se količina vode z nadaljnjo elektrolizo zmanjša na približno sto tisočink njene prvotne prostornine, dobimo skoraj čisti devterijev oksid, znan kot težka voda. Ta način priprave težke vode je bil uporabljen med drugo svetovno vojno.
Etimologija in kemični simbol
Ime "devterij" izvira iz grške besede deuteros, kar pomeni "drugi". To kaže, da je pri atomskem jedru, sestavljenem iz dveh delcev, devterij drugi izotop za navadnim (ali lahkim) vodikom.
Deuterij pogosto označujemo s kemikalijosimbol D. Kot izotop vodika z masnim številom 2 je predstavljen tudi kot H. Formula za devterij je 2H. Mednarodna zveza za čisto in uporabno kemijo (IUPAC) dovoljuje tako D kot H, čeprav je prednost H.
Kako dobiti devterij iz vode?
Tradicionalna metoda koncentriranja devterija v vodi uporablja izmenjavo izotopov v plinu vodikovega sulfida, čeprav se razvijajo boljše metode. Ločevanje različnih izotopov vodika se lahko izvede tudi s plinsko kromatografijo in kriogeno destilacijo, ki uporabljata razlike v fizikalnih lastnostih za ločevanje izotopov.
devterijeva voda
Deuterijeva voda, znana tudi kot težka voda, je podobna navadni vodi. Nastane s kombinacijo devterija in kisika in je označen kot 2H2O. Deuterijeva voda je bolj viskozna od običajne vode. Težka voda je za 10,6 % gostejša od navadne vode, zato led težke vode v navadni vodi potone. Za nekatere živali je devterijeva voda strupena, druge pa lahko preživijo v težki vodi, vendar se bodo v njej razvijale počasneje kot v običajni vodi. Deuterijeva voda ni radioaktivna. Človeško telo vsebuje približno 5 gramov devterija in je neškodljiv. Če težka voda vstopi v telo v velikih količinah (na primer približno 50 % vode v telesu postane težka), lahko to privede do disfunkcije celic in na koncu do smrti.
Razlike v težki vodi:
- Zmrzišče je 3,82°C.
- Temperaturavrelišče je 101,4 °C.
- Gostota težke vode je 1,1056 g/mL (normalna voda je 0,9982 g/mL).
- PH težke vode je 7,43 (normalna voda je 6,9996).
- Obstaja majhna razlika v okusu in vonju med navadno in težko vodo.
Uporaba devterija
Znanstveniki so razvili veliko uporab za devterij in njegove spojine. Na primer, devterij je neradioaktivni izotopni sledilec za preučevanje kemičnih reakcij in presnovnih poti. Poleg tega je uporaben za preučevanje makromolekul z uporabo nevtronskega sipanja. Deuterirana topila (kot je težka voda) se običajno uporabljajo v spektroskopiji jedrske magnetne resonance (NMR), ker ta topila ne vplivajo na NMR spektre preučevanih spojin. Deuterirane spojine so uporabne tudi za femtosekundno infrardečo spektroskopijo. Deuterij je tudi gorivo za reakcije jedrske fuzije, ki bi ga nekoč lahko uporabili za proizvodnjo električne energije v industrijskem obsegu.
