Tüm elementlerin temel birimi atomlara sahiptir ve bir atom, negatif yüklü elektronlar, pozitif yüklü protonlar ve nötr parçacıkların nötronları olan üç temel parçacık içerir. Çekirdekte bulunan proton ve nötron sayısına elementlerin kütle numarası, proton sayısına atom numarası denir. Atomları aynı sayıda proton ancak farklı sayıda nötron içeren aynı elementlere izotop denir. Bir örnek, üç izotopu olan hidrojendir. Bu, sıfır nötronlu hidrojen, bir nötron içeren döteryum ve trityumdur - iki nötron içerir. Bu makale, ağır hidrojen olarak da bilinen döteryum adı verilen bir hidrojen izotopuna odaklanacaktır.
döteryum nedir?
Döteryum, hidrojenden bir nötron kadar farklı olan bir hidrojen izotopudur. Tipik olarak, hidrojenin sadece bir protonu varken, döteryumun bir protonu ve bir nötronu vardır. Reaksiyonlarda yaygın olarak kullanılır.bölme.
Döteryum (kimyasal sembol D veya ²H), doğada son derece küçük miktarlarda bulunan kararlı bir hidrojen izotopudur. Döteryum adı verilen döteryum çekirdeği bir proton ve bir nötron içerirken, çok daha yaygın olan hidrojen çekirdeği yalnızca bir proton içerir ve nötron içermez. Bu nedenle, her bir döteryum atomu, sıradan bir hidrojen atomunun yaklaşık iki katı kadar bir kütleye sahiptir ve döteryum, ağır hidrojen olarak da adlandırılır. Sıradan hidrojen atomlarının döteryum atomlarıyla değiştirildiği suya ağır su denir.
Temel Özellikler
Döteryumun izotop kütlesi - 2, 014102 birim. Döteryum, kararlı bir izotop olduğu için kararlı bir yarı ömre sahiptir.
Döteryumun fazla enerjisi 13,135.720 ± 0.001 keV'dir. Döteryum çekirdeği için bağlanma enerjisi 2224,52 ± 0,20 keV'dir. Döteryum oksijenle birleşerek ağır su olarak da bilinen D2O (2H2O) oluşturur. Döteryum radyoaktif bir izotop değildir.
Deuterium sağlığa zararlı değildir, ancak nükleer silah yapımında kullanılabilir. Döteryum, okyanus suyunda doğal olarak bol olduğu ve birçok kuşak insana hizmet edebileceği için yapay olarak üretilmez. Bir santrifüj işlemi kullanılarak okyanustan çıkarılır.
Ağır hidrojen
Ağır hidrojen, döteryum ve trityum gibi hidrojenin daha yüksek izotoplarından herhangi birinin adıdır. Ancak daha sık döteryum için kullanılır. Atom kütlesiyaklaşık 2 ve çekirdeği 1 proton ve 1 nötron içerir. Böylece kütlesi normal hidrojenin iki katıdır. Döteryumdaki ekstra nötron, onu normal hidrojenden daha ağır yapar, bu yüzden ağır hidrojen olarak adlandırılır.
Ağır hidrojen 1931'de Harold Urey tarafından keşfedildi - bu keşif 1934'te Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldü. Urey, moleküler hidrojenin (H2) buhar basıncı ile bir hidrojen atomunun döteryum (HD) ile değiştirildiği karşılık gelen molekül arasındaki farkı ve dolayısıyla bu maddelerin sıvı hidrojenin damıtılmasıyla ayrılma olasılığını öngördü. Sıvı hidrojenin damıtılmasından elde edilen tortuda döteryum bulundu. Saf haliyle G. N. Lewis, elektrolitik konsantrasyon yöntemini kullanarak. Suya elektrik verildiğinde, az miktarda döteryum içeren hidrojen gazı oluşur, böylece döteryum suda konsantre olur. Devam eden elektroliz ile su miktarı orijinal hacminin yaklaşık yüz binde birine düşürüldüğünde, ağır su olarak bilinen neredeyse saf döteryum oksit sağlanır. Bu ağır su hazırlama yöntemi 2. Dünya Savaşı sırasında kullanıldı.
Etimoloji ve kimyasal sembol
"Döteryum" adı, "ikinci" anlamına gelen Yunanca deuteros kelimesinden gelir. Bu, iki parçacıktan oluşan bir atom çekirdeğiyle, döteryumun sıradan (veya hafif) hidrojenden sonra ikinci izotop olduğunu gösterir.
Döteryum genellikle kimyasal ile gösterilir. D sembolü. Kütle numarası 2 olan bir hidrojen izotopu olarak, aynı zamanda H ile temsil edilir. Döteryum formülü 2H'dir. Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC), H tercih edilmesine rağmen hem D hem de H'ye izin verir.
Sudan döteryum nasıl elde edilir?
Döteryumu suda yoğunlaştırmanın geleneksel yöntemi, daha iyi yöntemler geliştiriliyor olsa da, hidrojen sülfür gazında izotop değişimi kullanır. Farklı hidrojen izotoplarının ayrılması, izotopları ayırmak için fiziksel özelliklerdeki farklılıkları kullanan gaz kromatografisi ve kriyojenik damıtma kullanılarak da yapılabilir.
Döteryum suyu
Ağır su olarak da bilinen döteryum suyu, sıradan suya benzer. Döteryum ve oksijenin birleşiminden oluşur ve 2H2O olarak adlandırılır. Döteryum suyu normal sudan daha viskozdur. Ağır su, sıradan sudan %10,6 daha yoğundur, bu nedenle ağır suyun buzu sıradan suda batar. Bazı hayvanlar için döteryum suyu zehirlidir, diğerleri ise ağır suda hayatta kalabilir, ancak içinde normal suya göre daha yavaş gelişecektir. Döteryum suyu radyoaktif değildir. İnsan vücudu yaklaşık 5 gram döteryum içerir ve zararsızdır. Ağır su vücuda büyük miktarlarda girerse (örneğin vücuttaki suyun yaklaşık %50'si ağırlaşır), hücre işlev bozukluğuna ve nihayetinde ölüme yol açabilir.
Ağır sudaki farklılıklar:
- Donma noktası 3.82°C.
- Sıcaklıkkaynama noktası 101,4 °C'dir.
- Ağır suyun yoğunluğu 1,1056 g/mL'dir (normal su 0,9982 g/mL'dir).
- Ağır suyun pH'ı 7,43'tür (normal su 6,9996).
- Sade su ile ağır su arasında biraz tat ve koku farkı vardır.
döteryum kullanımı
Bilim adamları, döteryum ve bileşikleri için birçok kullanım geliştirdiler. Örneğin, döteryum, kimyasal reaksiyonları ve metabolik yolları incelemek için radyoaktif olmayan bir izotop izleyicisidir. Ek olarak, nötron saçılımını kullanarak makromolekülleri incelemek için yararlıdır. Döteryumlu çözücüler (ağır su gibi), nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisinde yaygın olarak kullanılır, çünkü bu çözücüler incelenen bileşiklerin NMR spektrumlarını etkilemez. Döteryumlu bileşikler femtosaniye kızılötesi spektroskopisi için de yararlıdır. Döteryum ayrıca bir gün endüstriyel ölçekte elektrik üretmek için kullanılabilecek nükleer füzyon reaksiyonları için bir yakıttır.
