Tots els elements tenen àtoms com a unitat bàsica, i un àtom conté tres partícules fonamentals, que són electrons carregats negativament, protons carregats positivament i neutrons de partícules neutres. El nombre de protons i neutrons presents al nucli s'anomena nombre massiu d'elements, i el nombre de protons s'anomena nombre atòmic. Els mateixos elements els àtoms dels quals contenen el mateix nombre de protons però diferents nombres de neutrons s'anomenen isòtops. Un exemple és l'hidrogen, que té tres isòtops. Es tracta d'hidrogen amb zero neutrons, deuteri que conté un neutró i triti: conté dos neutrons. Aquest article se centrarà en un isòtop d'hidrogen anomenat deuteri, també conegut com a hidrogen pesat.
Què és el deuteri?
El deuteri és un isòtop de l'hidrogen que es diferencia de l'hidrogen en un neutró. Normalment, l'hidrogen només té un protó, mentre que el deuteri té un protó i un neutró. S'utilitza àmpliament en reaccionsdivisió.
Deuteri (símbol químic D o ²H) és un isòtop estable d'hidrogen que es troba a la natura en quantitats extremadament petites. El nucli de deuteri, anomenat deuteró, conté un protó i un neutró, mentre que el nucli d'hidrogen, molt més comú, només conté un protó i cap neutron. Per tant, cada àtom de deuteri té una massa aproximadament el doble de la d'un àtom d'hidrogen normal, i el deuteri també s'anomena hidrogen pesat. L'aigua en què els àtoms d'hidrogen ordinaris es substitueixen per àtoms de deuteri s'anomena aigua pesada.
Funcions clau
Massa isotòpica de deuteri - 2, 014102 unitats. El deuteri té una semivida estable perquè és un isòtop estable.
L'excés d'energia del deuteri és de 13.135,720 ± 0,001 keV. L'energia d'unió del nucli de deuteri és de 2224,52 ± 0,20 keV. El deuteri es combina amb l'oxigen per formar D2O (2H2O), també conegut com a aigua pesada. El deuteri no és un isòtop radioactiu.
El deuteri no és perillós per a la salut, però es pot utilitzar per crear armes nuclears. El deuteri no es produeix artificialment, ja que és naturalment abundant a l'aigua de l'oceà i pot servir a moltes generacions de persones. S'extreu de l'oceà mitjançant un procés de centrifugació.
Hidrogen pesat
Hidrogen pesat és el nom de qualsevol dels isòtops superiors de l'hidrogen, com el deuteri i el triti. Però més sovint s'utilitza per al deuteri. La seva massa atòmica ésaproximadament 2, i el seu nucli conté 1 protó i 1 neutró. Així, la seva massa és el doble de la de l'hidrogen normal. El neutró addicional del deuteri fa que sigui més pesat que l'hidrogen normal, per això s'anomena hidrogen pesat.
Harold Urey va descobrir l'hidrogen pesat el 1931; aquest descobriment va rebre el Premi Nobel de Química el 1934. Urey va predir la diferència entre la pressió de vapor de l'hidrogen molecular (H2) i la molècula corresponent amb un àtom d'hidrogen substituït per deuteri (HD), i per tant la possibilitat de separar aquestes substàncies per destil·lació d'hidrogen líquid. El deuteri es va trobar en el residu de la destil·lació d'hidrogen líquid. Va ser preparat en la seva forma pura per G. N. Lewis utilitzant el mètode de concentració electrolítica. Quan l'aigua s'electrifica, es forma un gas hidrogen, que conté una petita quantitat de deuteri, de manera que el deuteri es concentra a l'aigua. Quan la quantitat d'aigua es redueix a unes cent mil·lèsimes del seu volum original per electròlisi continuada, es proporciona òxid de deuteri gairebé pur, conegut com a aigua pesada. Aquest mètode de preparació d'aigua pesada es va utilitzar durant la Segona Guerra Mundial.
Etimologia i símbol químic
El nom "deuteri" prové de la paraula grega deuteros, que significa "segon". Això indica que amb un nucli atòmic format per dues partícules, el deuteri és el segon isòtop després de l'hidrogen normal (o lleuger).
Deuteri sovint es denota amb la substància químicasímbol D. Com a isòtop de l'hidrogen amb un nombre de massa de 2, també es representa com a H. La fórmula del deuteri és 2H. La Unió Internacional de Química Pura i Aplicada (IUPAC) permet tant D com H, tot i que es prefereix H.
Com treure el deuteri de l'aigua?
El mètode tradicional de concentració de deuteri a l'aigua utilitza l'intercanvi d'isòtops en gas sulfur d'hidrogen, tot i que s'estan desenvolupant mètodes millors. La separació de diferents isòtops d'hidrogen també es pot fer mitjançant la cromatografia de gasos i la destil·lació criogènica, que utilitzen diferències de propietats físiques per separar els isòtops.
Aigua de deuteri
L'aigua de deuteri, també coneguda com a aigua pesada, és similar a l'aigua normal. Està format per una combinació de deuteri i oxigen i s'anomena 2H2O. L'aigua de deuteri és més viscosa que l'aigua normal. L'aigua pesada és un 10,6% més densa que l'aigua normal, de manera que el gel de l'aigua pesada s'enfonsa a l'aigua normal. Per a alguns animals, l'aigua de deuteri és tòxica, mentre que d' altres poden sobreviure en aigua pesada, però s'hi desenvoluparà més lentament que en l'aigua normal. L'aigua de deuteri no és radioactiva. El cos humà conté uns 5 grams de deuteri i és inofensiu. Si l'aigua pesada entra al cos en grans quantitats (per exemple, aproximadament el 50% de l'aigua del cos es fa pesada), pot provocar una disfunció cel·lular i, finalment, la mort.
Diferències en aigua pesada:
- El punt de congelació és de 3,82 °C.
- Temperaturael punt d'ebullició és de 101,4 °C.
- La densitat de l'aigua pesada és d'1,1056 g/mL (l'aigua normal és de 0,9982 g/mL).
- El pH de l'aigua pesada és de 7,43 (l'aigua normal és de 6,9996).
- Hi ha una lleugera diferència de gust i olor entre l'aigua senzilla i l'aigua pesada.
Ús de deuteri
Els científics han desenvolupat molts usos per al deuteri i els seus compostos. Per exemple, el deuteri és un traçador isòtop no radioactiu per estudiar reaccions químiques i vies metabòliques. A més, és útil per estudiar macromolècules mitjançant la dispersió de neutrons. Els dissolvents deuterats (com l'aigua pesada) s'utilitzen habitualment en l'espectroscòpia de ressonància magnètica nuclear (RMN) perquè aquests dissolvents no afecten els espectres de RMN dels compostos en estudi. Els compostos deuterats també són útils per a l'espectroscòpia infraroja de femtosegons. El deuteri també és un combustible per a les reaccions de fusió nuclear, que algun dia es podria utilitzar per generar electricitat a escala industrial.
