Дейтерий - это... Определение, применение, свойства

Все элементы имеют атомы в качестве своей основной единицы, а атом содержит три фундаментальные частицы, которые являются отрицательно заряженными электронами, положительно заряженными протонами и нейтронами нейтральных частиц. Количество протонов и нейтронов, присутствующих в ядре, называется массовым числом элементов, а число протонов - атомным номером. Те же самые элементы, атомы которых содержат одинаковое количество протонов, но различное количество нейтронов, называются изотопами. В качестве примера можно взять водород, который имеет три изотопа. Это водород с нулевыми нейтронами, дейтерий, содержащий один нейтрон, и тритий - он содержит два нейтрона. В этой статье речь пойдет об изотопе водорода, который называется дейтерием, известном так же, как тяжелый водород.

Дейтериум 2Н

Что такое дейтерий?

Дейтерий – это изотоп водорода, который отличается от водорода одним нейтроном. Обычно водород имеет только один протон, а дейтерий - один протон и один нейтрон. Он широко применяется в реакциях деления.

Дейтерий (химический символ D или ²H) является стабильным изотопом водорода, встречающимся в природе в чрезвычайно небольших количествах. Ядро дейтерия, называемое дейтроном, содержит один протон и один нейтрон, тогда как гораздо более распространенное ядро ​​водорода содержит только один протон и не содержит нейтронов. Следовательно, каждый атом дейтерия имеет массу, которая примерно вдвое больше массы обычного атома водорода, и дейтерий также называют тяжелым водородом. Вода, в которой обычные атомы водорода заменены атомами дейтерия, называется тяжелой водой.

Основные характеристики

Изотопная масса дейтерия - 2,014102 ед. Дейтерий имеет стабильный период полураспада, поскольку он является стабильным изотопом.

Избыточная энергия дейтерия составляет 13 135,720 ± 0,001 кэВ. Энергия связывания для ядра дейтерия - 2224,52 ± 0,20 кэВ. Дейтерий соединяется с кислородом с образованием D2O (2Н2О), так же известном, как тяжелая вода. Дейтерий – это не радиоактивный изотоп.

Дейтерий не опасен для здоровья, но может быть использован для создания ядерного оружия. Дейтерий не производится искусственно, так как он естественным образом в большом количестве присутствует в океанской воде и может служить многим поколениям людей. Его извлекают из океана, используя процесс центрифугирования.

Дейтерий 2Н

Тяжелый водород

Тяжелый водород - это название любого из высших изотопов водорода, таких как дейтерий и тритий. Но чаще оно используется для дейтерия. Его атомная масса составляет около 2, и в его ядре содержится 1 протон и 1 нейтрон. Таким образом, его масса в два раза больше массы нормального водорода. Дополнительный нейтрон в дейтерии делает его тяжелее нормального водорода, поэтому его называют тяжелым водородом.

Тяжелый водород был обнаружен Гарольдом Юри в 1931 году - это открытие было удостоено Нобелевской премии по химии в 1934 году. Юри предсказал разницу между давлением пара молекулярного водорода (H2) и соответствующей молекулы с одним атомом водорода, замененным дейтерием (HD), и, таким образом, возможность разделения этих веществ путем перегонки жидкого водорода. Дейтерий был обнаружен в остатке от перегонки жидкого водорода. Он был приготовлен в чистом виде Г.Н. Льюисом с помощью электролитического метода концентрации. Когда вода электризуется, образуется газообразный водород, который содержит небольшое количество дейтерия, поэтому дейтерий концентрируется в воде. Когда количество воды уменьшается до примерно ста тысячных от ее первоначального объема в результате продолжающегося электролиза, обеспечивается почти чистый оксид дейтерия, известный как тяжелая вода. Этот метод приготовления тяжелой воды был использован во время Второй мировой войны.

Водород, дейтерий

Этимология и химический символ

Название "дейтерий" происходит от греческого слова deuteros, что означает "второй". Это указывает на то, что с атомным ядром, состоящим из двух частиц, дейтерий – это второй изотоп после обычного (или легкого) водорода.

Дейтерий часто обозначается химическим символом D. Как изотоп водорода с массовым числом 2, он также представлен как H. Формула дейтерия - 2Н. Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) допускает использование как D, так и H, хотя предпочтительным является H.

Как получить дейтерий из воды?

Традиционный метод концентрирования дейтерия в воде использует изотопный обмен в газообразном сероводороде, хотя в настоящее время разрабатываются более совершенные методы. Разделение различных изотопов водорода также можно проводить с помощью газовой хроматографии и криогенной дистилляции, которые используют различия в физических свойствах для разделения изотопов.

Тяжелая вода

Дейтериевая вода

Вода дейтерия, так же известная, как тяжелая вода, похожа на обычную воду. Она образована комбинацией дейтерия и кислорода и обозначается как 2Н2O. Дейтериевая вода более вязкая, чем обычная. Тяжелая вода плотнее обычной на 10,6%, поэтому лед тяжелой воды тонет в обычной воде. Для некоторых животных дейтериевая вода является токсичной, в то время как другие способны выжить в тяжелой воде, но развиваться в ней они будут медленнее, чем в нормальной. Дейтериевая вода не радиоактивна. Организм человека содержит около 5 граммов дейтерия, и он безвреден. Если тяжелая вода попадает в организм в больших количествах (например, около 50% воды в организме становится тяжелой), это может привести к дисфункции клеток, и в конечном итоге - к смерти.

Отличия тяжелой воды:

  • Температура замерзания составляет 3,82 °С.
  • Температура кипения составляет 101,4 °С.
  • Плотность тяжелой воды составляет 1,1056 г/мл (нормальной воды - 0,9982 г/мл).
  • pH тяжелой воды составляет 7,43 (обычной воды - 6,9996).
  • Существует небольшая разница во вкусе и запахе простой и тяжелой воды.
Дейтериум, тритиум

Применение дейтерия

Ученые разработали множество вариантов использования для дейтерия и его соединений. Например, дейтерий - это нерадиоактивный изотопный индикатор для изучения химических реакций и метаболических путей. Кроме того, он полезен для изучения макромолекул с помощью рассеивания нейтронов. Дейтерированные растворители (как тяжелая вода) обычно используются в спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР), поскольку эти растворители не влияют на спектры ЯМР исследуемых соединений. Дейтерированные соединения также полезны для фемтосекундной инфракрасной спектроскопии. Дейтерий также является топливом для реакций ядерного синтеза, которые когда-нибудь могут быть использованы для производства электроэнергии в промышленных масштабах.

Статья закончилась. Вопросы остались?
Комментариев 8
Подписаться
Я хочу получать
Правила публикации
0
8.Вселенной, ровно половина звезд состоят из антивещества. Звезды светят за счет энергетического разряда между звездами из вещества и антивещества. Энергетический разряд происходит за счет нейтрино. Так в природе происходит круговорот нейтрино. А у наших теоретиков, это отходы термоядерного синтеза, могут накапливать в центре галактик. И возможна осцилляция, нарушили закон сохранения гравитационных зарядов. Это равносильно тому, что электрон в полете может превратится в позитрон, и в фотон.
Копировать ссылку
0
7. не препятствуют, соединению электронного антинейтрино с электроном, при этом образуется отрицательный мюон. Только теперь происходит аннигиляция, пролетающего электронного нейтрино с электронным антинейтрино, входящим в состав отрицательного мюона. Тоже происходит и на звездах. Образующиеся мюонные нейтрино, принимают активное участие в ядерных реакциях на звездах из вещества и антивещества. А так время существования положительных отрицательных мюонов почти одинаковое. Это значит, что во
Копировать ссылку
0
6. и антинейтрино, это же частицы вещества и антивещества. Но как известно, всегда между ними происходит аннигиляция. Но напрямую, без сил электричества, в космосе между ними нет аннигиляции. Электронные антинейтрино активно взаимодействуют со свободными электронами. В грозовом облаке, увлекают за собой слабо связанные с молекулами электроны, перемещают их в нижнею часть облака. Так энергия Антимира работает на Земле, заряжает грозовые облака. И только после потери скорости полета, силы инерции
Копировать ссылку
0
5.рассуждения таковы. Так как между нейтрино нет аннигиляции, тогда в состав мюона входят нейтрино разных сортов, электронное и мюонное. Решили, что при аннигиляции должны излучаться гамма-кванты света, а их нет. Дело в том, что при аннигиляции положительного и отрицательного гравитационного заряда излучаются кванты гравитации мюонные нейтрино с энергией не менее 105 МэВ. Носители гравитационных волн - гравитоны. В состав мюона входит лишь одно электронное нейтрино. Электронные нейтрино
Копировать ссылку
0
4.схеме. В сильном гравитационном поле нейтроны стабильны, (так же как в атоме вблизи протона), а протоны нет! При захвате пролетающего мюонного нейтрино с энергией не менее 105 МэВ, протон превращается в нейтрон. Подобные реакции происходят и на Земле, в нестабильных изотопах с лишними протонами, один из протонов также превращается в нейтрон. И тоже при захвате мюонного нейтрино с большой энергией. Теоретики прошлого столетия совершили ошибки. Аннигиляцию мюонов и назвали слабым распадом. Их
Копировать ссылку
Редактирование комментария возможно в течении пяти минут после его создания, либо до момента появления ответа на данный комментарий.