Deuterium | |
---|---|
Jméno, symbol | Deuterium , 2H |
Alternativní tituly | těžký vodík, D |
Neutrony | jeden |
Vlastnosti nuklidů | |
Atomová hmotnost | 2.0141017778(4) [1] a. jíst. |
hromadný defekt | 13 135,7216(3) [1] k eV |
Specifická vazebná energie (na nukleon) | 1 112,283(0) [1] keV |
Hojnost izotopů | 0,0115 (70) % [2] |
Poločas rozpadu | stabilní [2] |
Spin a parita jádra | 1 + [2] |
Tabulka nuklidů | |
Mediální soubory na Wikimedia Commons |
Deuterium ( lat. deuterium , ze starořec . δεύτερος „druhý“), těžký vodík , značí se symboly D a 2 H - stabilní izotop vodíku s atomovou hmotností rovnou 2. Jádro ( deuteron ) se skládá z jednoho protonu a jeden neutron .
Objeven v roce 1932 americkým fyzikálním chemikem Haroldem Ureyem . Přirozený obsah je 0,0115 ± 0,0070 [2] %.
Sloučeniny izotopů vodíku se prakticky neliší chemickými vlastnostmi, ale mají dosti odlišné fyzikální vlastnosti (bod tání, bod varu, hmotnost) [3] . Molekula D 2 se skládá ze dvou atomů deuteria. Látka má následující fyzikální vlastnosti:
Obsah deuteria v přírodním vodíku je 0,011…0,016 at.% [5][ stránka neuvedena 25 dní ] . Takže v mořské vodě poblíž pobřeží je poměr atomových koncentrací [D]/[H] (1,55÷1,56) 10 −4 (jeden atom deuteria na 6410÷6450 atomů protia), v blízkých povrchových vodách - (1 , 32÷1,51) 10 −4 (1:6600÷7600), v zemním plynu — (1,10÷1,34) 10 −4 (1:7500÷9100) [5] .
Sloučeniny deuteria mají podle svých chemických vlastností určité vlastnosti. Takže například vazby uhlík-deuterium se ukázaly být „silnější“ než vazby uhlík-protium, a proto jsou chemické reakce zahrnující atomy deuteria několikrát pomalejší. To je zodpovědné zejména za toxicitu těžké vody (voda o složení D 2 O se nazývá těžká voda kvůli velkému rozdílu v hmotnosti protia a deuteria).
Světová produkce deuteria je desítky tisíc tun ročně. Největšími producenty těžké vody na světě jsou Indie, Čína a Írán [6] . V průmyslu je výroba těžké vody (obohacování vody deuteriem) založena na procesech iontové výměny , zejména na procesu Girdler Sulfide , který využívá výměnu izotopů mezi vodou a sirovodíkem nebo mezi vodíkem a amoniakem . Využívá se také vícestupňová elektrolýza vody, rektifikace kapalného vodíku. [4] Elektrolýzou 100 litrů vody se uvolní 7,5 ml 60% D 2 O [7] .
Obsah deuteria v přírodní vodě je 1,03krát vyšší než v páře (to je separační faktor pro tuto směs). Proto se při opakovaném převaření přírodní vody za neustálého přidávání nové vody do zbytku varu bude v konvici postupně hromadit těžká voda. Je to však velmi pomalé, takže ani při velkém počtu opakování tohoto procesu se obsah těžké vody nestane zdraví nebezpečným, na rozdíl od předpokladu V. V. Pokhlebkina v knize „Čaj. Jeho druhy, vlastnosti, použití“, publikováno v roce 1968 [8] . Akademik Igor Vasilievich Petrjanov-Sokolov kdysi spočítal, kolik vody by se mělo odpařit z konvice, aby se obsah deuteria ve zbytku znatelně zvýšil. Ukázalo se, že k získání 1 litru vody, ve které je koncentrace deuteria 0,15 %, tedy pouze 10x vyšší než je ta přírodní, je třeba do konvice přidat celkem 2,1⋅10 30 tun vody, což je 300 milionkrát větší než hmotnost Země [9] .
Deuterium bylo objeveno v roce 1932 Haroldem Ureyem a jeho kolegy pomocí spektrální metody .
Rutherford , nespokojený se jménem „dayton“ [10] navrženým objeviteli , navrhl variantu názvu – „diplogen“, respektive jádro „diplon“.
Vědci předpokládali existenci stabilních izotopů světelných prvků již v roce 1913 při studiu neonu. Existence těchto izotopů byla prokázána v roce 1920 hmotnostní spektrometrií. Pravda, v té době převládala teorie, podle níž se izotopy lišily v počtu „nitrojaderných elektronů“ různých atomů prvku (neutron byl objeven později – v roce 1932). Měření relativní atomové hmotnosti vodíku poskytlo hodnotu blízkou 1 amu. e. m., která se rovná hmotnosti protonu. Proto se předpokládalo, že vodík nemůže obsahovat intranukleární elektron, jinak by kompenzoval náboj jádra. Tak se předpokládalo, že vodík nemá žádné těžké izotopy.
Deuterium poprvé objevil chemik Harold Urey na Kolumbijské univerzitě koncem roku 1931. Ferdinand Brikwedde , který Ureymu pomáhal, oddestiloval pět litrů kapalného vodíku z kryogenního cyklu. Brickwedde pracoval v nové laboratoři pro nízké teploty v americkém Národním úřadu pro standardy a váhy (NIST). Ve výsledku byl objem kapaliny 1 ml. Dříve se stejná technika používala k výrobě těžkých izotopů neonu. Technika odpařování kapalného vodíku umožnila zvýšit podíl izotopu vodíku o hmotnosti 2 do takové míry, že jej bylo možné spolehlivě detekovat spektroskopickými metodami [11] .
června 1933 poslali Urey, Murphy a Brickwedde dopis redaktorovi vědeckého časopisu v;tritiumadeuterium,protiumvodíkuizotopůnávrhem názvůJournal of Chemical Physics sThe řeckých slov „protos“ („první“) a „deuteros“ („druhý“) [12] [ 13] . Urey získal v roce 1934 Nobelovu cenu za chemii za objev deuteria.
Největší množství deuteria se využívá v jaderné energetice [6] . Má nejlepší moderační vlastnosti neutronů. Ve směsi s tritiem nebo v kombinaci s lithium-6 (lithium hydrid 6 LiD) se používá pro termonukleární reakce ve vodíkových bombách . Při výbuchu dochází k reakcím :
.Používá se také jako značený stabilní indikátor v chemickém, biologickém a jiném laboratorním výzkumu a technologii [6] . Slibné je také využití deuteria (smíšeného s tritiem ) k získání vysokoteplotního plazmatu , nezbytného pro realizaci řízené termonukleární fúze (viz projekt ITER ) [6] .
Již nějakou dobu je deuterium v medicíně používáno farmaceutickými společnostmi, které se snaží prodloužit dobu metabolismu léku , tedy zpomalit jeho vylučování z těla, toto zpomalení u léků modifikovaných deuteriem je pozorováno díky primárnímu deuteriu. izotopový efekt - snížení rychlosti mezerové reakce uhlík-deuterium.vazby ve srovnání s uhlík -protium [14] [15] .
Také deuterium se používá v generátorech neutronů [6] .
Slovníky a encyklopedie | |
---|---|
V bibliografických katalozích |
|
Izotopy vodíku | |
---|---|
Stáj: 1 H: Protium , D, 2 H: Deuterium 10-10 000 let: T, 3 H: Tritium Nestabilní (méně než jeden den): 4H : vodík-4 , 5H : vodík-5 , 6H : vodík-6 , 7H : vodík-7 | |
viz také. Vodík , Tabulka nuklidů |
Jaderné technologie | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Inženýrství | |||||||
materiálů | |||||||
Jaderná energie |
| ||||||
nukleární medicína |
| ||||||
Jaderná zbraň |
| ||||||
|