дейтерий
| Структурная формула | ||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||||||||||
| Общий | ||||||||||||||||
| Фамилия | дейтерий | |||||||||||||||
| другие имена |
|
|||||||||||||||
| Молекулярная формула | D 2 (молекулярная форма) | |||||||||||||||
| Краткое описание |
бесцветный газ без запаха |
|||||||||||||||
| Внешние идентификаторы / базы данных | ||||||||||||||||
| ||||||||||||||||
| характеристики | ||||||||||||||||
| Молярная масса | ||||||||||||||||
| Физическое состояние |
газообразный |
|||||||||||||||
| плотность |
0,17 кг м −3 |
|||||||||||||||
| Температура плавления |
-254,43 ° С |
|||||||||||||||
| точка кипения |
-249,58 ° С |
|||||||||||||||
| правила техники безопасности | ||||||||||||||||
| ||||||||||||||||
| Насколько это возможно и общепринято, используются единицы СИ . Если не указано иное, приведенные данные относятся к стандартным условиям . | ||||||||||||||||
Дейтерий (от древнего греческого δεύτερος deúteros , «второй») является естественным изотопом из водорода . Его атомное ядро также называется дейтроном и состоит из протона и нейтрона . Дейтерий ( 2 H) также известен как «тяжелый водород» из-за его массы. Он был открыт в 1931 году американским химикам Harold C. Юри и Фердинанд Брикведде и Джордж Мерфи. За это Юри получил Нобелевскую премию по химии в 1934 году .
Два других естественных изотопа водорода - это протий ( 1 H) и тритий ( 3 H). Из-за большого значения изотопов и из-за того, что массы сильно различаются, для изотопов дейтерия и трития также используются отдельные символы: D и T.
Название дейтерий происходит от Гилберта Ньютона Льюиса (учителя Юри), который также первым произвел тяжелый водород. Доказательства наличия изотопа уже существовали с развитием масс-спектрометрии в 1920-х годах.
описание
Химический символ - 2 H; Для простоты обозначений формул также часто используется D.
В отличие от водорода 1 H, атомное ядро которого состоит только из одного протона , ядро дейтерия помимо этого протона содержит нейтрон . Доля дейтерия в природном водороде составляет 0,015 процента.
Предполагается, что дейтерий образовался в первичном нуклеосинтезе сразу после Большого взрыва , потому что дейтерий, образовавшийся в звездном нуклеосинтезе, продолжает сливаться с гелием через короткое время . Вот почему частота дейтерия в космосе является важным параметром для космологических моделей.
В простейшем случае два атома дейтерия химически соединяются с образованием молекулы дейтерия. Есть два варианта, в зависимости от полного спина молекулы I G: ортодейтерий (oD 2 ), если изомер ядерного спина имеет полный спин 0 или 2, и парадейтерий (pD 2 ) в случае I G = 1.
Из-за своей низкой частоты он встречается в природе почти исключительно в форме молекулы HD.
Вхождение
Природное содержание изотопа дейтерия составляет 0,015 процента. Вода, встречающаяся на Земле (1,4 миллиарда кубических километров или 1,4 · 10 18 тонн), состоит примерно на одну девятую (2 единицы из 18 единиц) или 11,19 процента своей массы из водорода (включая дейтерий), следовательно, она содержит 0,0035 процента или 5 · 10 13 тонн дейтерия. В основном он связывается как DHO и очень редко как D 2 O.
Кроме того, в мировом океане содержится почти 10 тонн трития.
Добыча
Из-за большой относительной разницы в массах дейтерий может быть легче обогащен, чем изотопы других элементов, таких как уран . Сульфидный процесс Гирдлера обычно используется на первых стадиях обогащения . Это имеет преимущество в том , что в водном сероводороде растворе атомы водорода и атомы дейтерия меняются местами между этими двумя типами молекул: При низких температурах дейтерий мигрирует преимущественно в молекулу воды, при высоких температурах в сероводород молекула. На последней стадии обогащения, смесь H 2 O, HDO и D 2 O будет отделена от перегонки .
В дополнение к сульфидному процессу Гирдлера, дейтерий можно также обогащать с помощью дистилляции и электролиза.
Приложения
Дейтерий используется в качестве замедлителя в ядерных реакторах (здесь в виде тяжелой воды), в качестве топлива в водородных бомбах и в будущем в термоядерных реакторах , как заменитель протия (обычного водорода) в растворителях для спектроскопии 1 H- ЯМР и в качестве индикатора по химии и биологии. Это также важная изотопная метка в ЯМР-спектроскопии (особенно твердотельный ЯМР ) для обнаружения динамики в органических веществах и уточнения структур. Газообразный дейтерий также используется в специальных лампах фотометров, например. Б. в атомной спектроскопии как источник УФ-света.
Тяжелая вода
Если водород в воде (H 2 O) заменить дейтерием , получается тяжелая вода (D 2 O). Статистически полутяжелая вода (HDO) также присутствует в смесях из-за быстрого обмена протонами и дейтронами.
Плотность D 2 O составляет 1,1047 г · см -3 при 25 ° C, температура плавления составляет 3,8 ° C, а температура кипения составляет 101,4 ° C. Максимальная плотность 11,2 ° C (вода: 3,98 ° C). Эти различия в физических свойствах по сравнению с водой известны как изотопный эффект . Он наиболее выражен среди всех нуклидов от 1 H до 2 H.
Тяжелая вода замедляет или предотвращает многие метаболические процессы, поэтому большинство живых существ лишь частично жизнеспособны при очень высоком содержании дейтерия.
- Тяжелая вода имеет пониженную способность растворяться по сравнению с обычной водой.
- Дейтроны обладают меньшей туннельной способностью, чем протоны, и поэтому затрудняют поддержание электрохимических градиентов на митохондриальных мембранах в биологических системах . Но они имеют решающее значение для синтеза АТФ .
- Функциональность большинства белков зависит от подвижности окружающих молекул воды. Поскольку дейтроны более медлительны из-за своей большей массы, белки могут только хуже выполнять свои задачи или вообще не выполнять свои задачи.
Согласно краткому сообщению Юри и Файллы от 1935 года, вкус тяжелой воды не должен отличаться от дистиллированной «нормальной» воды. Однако недавние эксперименты показали, что тяжелая вода имеет сладковатый вкус для человека.
правила техники безопасности
Дейтерий не указан в Приложении VI Регламента (ЕС) № 1272/2008 (CLP) , но в этом отношении его следует рассматривать как водород, поскольку все изотопы элемента очень похожи с точки зрения их химического поведения и опасности. .
Индивидуальные доказательства
- ↑ а б Air Liquide: Дейтерий .
- ↑ a b Запись о дейтерии. В: Römpp Online . Георг Тиме Верлаг, доступ 27 мая 2013 г.
- ↑ б запись на дейтерий в базе данных GESTIS субстанцию на выставке IFA , доступ к 23 июля 2016 года. (Требуется JavaScript)
- ↑ Дерек Лоу, Das Chemiebuch, Librero 2017, стр.286
- ↑ goehler-hplc.de: УФ-фотометрические лампы (дейтериевые лампы ) , по состоянию на 27 мая 2013 г.
- ^ HC Urey, G. Failla: Относительно вкуса тяжелой воды. В: Science Vol. 81, No. 2098, p. 273, DOI : 10.1126 / science.81.2098.273-a .
- ↑ Вкусовые рецепторы человека могут отличить нормальную воду от «тяжелой» , статья Питера Докрилла от 11 апреля 2021 года в Science Alert , доступ к которой осуществлен 11 апреля 2021 года.
