Lahat ng elemento ay may mga atomo bilang kanilang pangunahing yunit, at ang isang atom ay naglalaman ng tatlong pangunahing mga particle, na mga electron na may negatibong charge, mga proton na may positibong charge, at mga neutron ng mga neutral na particle. Ang bilang ng mga proton at neutron na nasa nucleus ay tinatawag na mass number ng mga elemento, at ang bilang ng mga proton ay tinatawag na atomic number. Ang parehong mga elemento na ang mga atomo ay naglalaman ng parehong bilang ng mga proton ngunit magkaibang bilang ng mga neutron ay tinatawag na isotopes. Ang isang halimbawa ay hydrogen, na mayroong tatlong isotopes. Ito ay hydrogen na may zero neutron, deuterium na naglalaman ng isang neutron, at tritium - naglalaman ito ng dalawang neutron. Ang artikulong ito ay tumutuon sa isang isotope ng hydrogen na tinatawag na deuterium, na kilala rin bilang heavy hydrogen.
Ano ang deuterium?
Ang Deuterium ay isang isotope ng hydrogen na naiiba sa hydrogen sa pamamagitan ng isang neutron. Karaniwan, ang hydrogen ay may isang proton lamang, habang ang deuterium ay may isang proton at isang neutron. Ito ay malawakang ginagamit sa mga reaksyondibisyon.
Ang Deuterium (simbulo ng kemikal D o ²H) ay isang matatag na isotope ng hydrogen na matatagpuan sa kalikasan sa napakaliit na dami. Ang deuterium nucleus, na tinatawag na deuteron, ay naglalaman ng isang proton at isang neutron, habang ang mas karaniwang hydrogen nucleus ay naglalaman lamang ng isang proton at walang mga neutron. Samakatuwid, ang bawat atom ng deuterium ay may mass na halos dalawang beses kaysa sa ordinaryong hydrogen atom, at ang deuterium ay tinatawag ding heavy hydrogen. Ang tubig kung saan ang mga ordinaryong hydrogen atom ay pinapalitan ng deuterium atoms ay tinatawag na heavy water.
Mga Pangunahing Tampok
Isotopic mass ng deuterium - 2, 014102 units. Ang Deuterium ay may stable na kalahating buhay dahil ito ay isang stable na isotope.
Ang sobrang enerhiya ng deuterium ay 13,135.720 ± 0.001 keV. Ang nagbubuklod na enerhiya para sa deuterium nucleus ay 2224.52 ± 0.20 keV. Ang Deuterium ay pinagsama sa oxygen upang bumuo ng D2O (2H2O), na kilala rin bilang mabigat na tubig. Ang Deuterium ay hindi isang radioactive isotope.
Ang Deuterium ay hindi mapanganib sa kalusugan, ngunit maaaring gamitin upang lumikha ng mga sandatang nuklear. Ang Deuterium ay hindi ginawang artipisyal, dahil ito ay likas na sagana sa tubig ng karagatan at maaaring magsilbi sa maraming henerasyon ng mga tao. Ito ay nakuha mula sa karagatan gamit ang isang proseso ng centrifugation.
Heavy hydrogen
Heavy hydrogen ang pangalan ng alinman sa mas mataas na isotopes ng hydrogen, gaya ng deuterium at tritium. Ngunit mas madalas itong ginagamit para sa deuterium. Ang atomic mass nito aytungkol sa 2, at ang nucleus nito ay naglalaman ng 1 proton at 1 neutron. Kaya, ang masa nito ay dalawang beses kaysa sa normal na hydrogen. Ang sobrang neutron sa deuterium ay ginagawa itong mas mabigat kaysa sa normal na hydrogen, kaya naman tinatawag itong heavy hydrogen.
Heavy hydrogen ay natuklasan ni Harold Urey noong 1931 - ang pagtuklas na ito ay ginawaran ng Nobel Prize sa Chemistry noong 1934. Hinulaan ni Urey ang pagkakaiba sa pagitan ng presyon ng singaw ng molecular hydrogen (H2) at ng kaukulang molekula na may isang hydrogen atom na pinalitan ng deuterium (HD), at sa gayon ay ang posibilidad na paghiwalayin ang mga sangkap na ito sa pamamagitan ng distillation ng likidong hydrogen. Natagpuan ang Deuterium sa nalalabi mula sa distillation ng likidong hydrogen. Inihanda ito sa dalisay nitong anyo ni G. N. Lewis gamit ang electrolytic concentration method. Kapag ang tubig ay nakuryente, ang hydrogen gas ay nabuo, na naglalaman ng isang maliit na halaga ng deuterium, kaya ang deuterium ay puro sa tubig. Kapag ang dami ng tubig ay nabawasan sa humigit-kumulang isang daang libo ng orihinal na dami nito sa pamamagitan ng patuloy na electrolysis, halos purong deuterium oxide, na kilala bilang mabigat na tubig, ay ibinibigay. Ginamit ang mabigat na paraan ng paghahanda ng tubig na ito noong World War II.
Etimolohiya at simbolo ng kemikal
Ang pangalang "deuterium" ay nagmula sa salitang Griyego na deuteros, na nangangahulugang "pangalawa". Ito ay nagpapahiwatig na sa isang atomic nucleus na binubuo ng dalawang particle, ang deuterium ay ang pangalawang isotope pagkatapos ng ordinaryong (o light) hydrogen.
Ang Deuterium ay kadalasang tinutukoy ng kemikalsimbolo D. Bilang isotope ng hydrogen na may mass number na 2, kinakatawan din ito bilang H. Ang formula para sa deuterium ay 2H. Pinapayagan ng International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) ang D at H, bagama't mas gusto ang H.
Paano kumuha ng deuterium mula sa tubig?
Ang tradisyunal na paraan ng pag-concentrate ng deuterium sa tubig ay gumagamit ng isotope exchange sa hydrogen sulfide gas, bagama't mas mahusay na mga pamamaraan ang ginagawa. Ang paghihiwalay ng iba't ibang isotopes ng hydrogen ay maaari ding gawin gamit ang gas chromatography at cryogenic distillation, na gumagamit ng mga pagkakaiba sa mga pisikal na katangian upang paghiwalayin ang isotopes.
Deuterium water
Deuterium water, na kilala rin bilang heavy water, ay katulad ng ordinaryong tubig. Ito ay nabuo sa pamamagitan ng kumbinasyon ng deuterium at oxygen at itinalaga bilang 2H2O. Ang tubig ng Deuterium ay mas malapot kaysa sa karaniwang tubig. Ang mabigat na tubig ay 10.6% na mas siksik kaysa sa ordinaryong tubig, kaya ang yelo ng mabigat na tubig ay lumulubog sa ordinaryong tubig. Para sa ilang mga hayop, ang deuterium na tubig ay nakakalason, habang ang iba ay maaaring mabuhay sa mabigat na tubig, ngunit bubuo nang mas mabagal dito kaysa sa normal na tubig. Ang tubig ng Deuterium ay hindi radioactive. Ang katawan ng tao ay naglalaman ng mga 5 gramo ng deuterium, at ito ay hindi nakakapinsala. Kung ang mabigat na tubig ay pumasok sa katawan sa maraming dami (halimbawa, humigit-kumulang 50% ng tubig sa katawan ay nagiging mabigat), maaari itong humantong sa cell dysfunction, at sa huli ay kamatayan.
Mga pagkakaiba sa mabigat na tubig:
- Ang nagyeyelong punto ay 3.82°C.
- TemperaturaAng boiling point ay 101.4 °C.
- Ang density ng mabigat na tubig ay 1.1056 g/mL (normal na tubig ay 0.9982 g/mL).
- Ang pH ng mabigat na tubig ay 7.43 (normal na tubig ay 6.9996).
- May kaunting pagkakaiba sa lasa at amoy sa pagitan ng plain water at heavy water.
Paggamit ng deuterium
Nakagawa ang mga siyentipiko ng maraming gamit para sa deuterium at mga compound nito. Halimbawa, ang deuterium ay isang non-radioactive isotope tracer para sa pag-aaral ng mga reaksiyong kemikal at metabolic pathway. Bilang karagdagan, ito ay kapaki-pakinabang para sa pag-aaral ng mga macromolecule gamit ang neutron scattering. Ang mga deuterated solvents (tulad ng mabigat na tubig) ay karaniwang ginagamit sa nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy dahil ang mga solvent na ito ay hindi nakakaapekto sa NMR spectra ng mga compound na pinag-aaralan. Ang mga deuterated compound ay kapaki-pakinabang din para sa femtosecond infrared spectroscopy. Ang Deuterium ay isang panggatong din para sa mga reaksyon ng nuclear fusion, na balang araw ay magagamit upang makabuo ng kuryente sa isang pang-industriyang sukat.
