Të gjithë elementët kanë atomet si njësinë e tyre bazë, dhe një atom përmban tre grimca themelore, të cilat janë elektrone të ngarkuar negativisht, protone të ngarkuar pozitivisht dhe neutrone të grimcave neutrale. Numri i protoneve dhe neutroneve të pranishëm në bërthamë quhet numri masiv i elementeve, dhe numri i protoneve quhet numër atomik. Të njëjtët elementë, atomet e të cilëve përmbajnë të njëjtin numër protonesh, por numër të ndryshëm neutronesh quhen izotopë. Një shembull është hidrogjeni, i cili ka tre izotope. Ky është hidrogjeni me zero neutrone, deuterium që përmban një neutron dhe tritium - përmban dy neutrone. Ky artikull do të fokusohet në një izotop të hidrogjenit të quajtur deuterium, i njohur gjithashtu si hidrogjen i rëndë.
Çfarë është deuteriumi?
Deuterium është një izotop i hidrogjenit që ndryshon nga hidrogjeni me një neutron. Në mënyrë tipike, hidrogjeni ka vetëm një proton, ndërsa deuteriumi ka një proton dhe një neutron. Përdoret gjerësisht në reaksionendarje.
Deuterium (simboli kimik D ose ²H) është një izotop i qëndrueshëm i hidrogjenit që gjendet në natyrë në sasi jashtëzakonisht të vogla. Bërthama e deuteriumit, e quajtur deuteron, përmban një proton dhe një neutron, ndërsa bërthama shumë më e zakonshme e hidrogjenit përmban vetëm një proton dhe asnjë neutron. Prandaj, çdo atom i deuteriumit ka një masë që është rreth dyfishi i një atomi të zakonshëm të hidrogjenit, dhe deuteriumi quhet gjithashtu hidrogjen i rëndë. Uji në të cilin atomet e zakonshme të hidrogjenit zëvendësohen nga atomet e deuteriumit quhet ujë i rëndë.
Veçoritë kryesore
Masa izotopike e deuteriumit - 2, 014102 njësi. Deuteriumi ka një gjysmë jetë të qëndrueshme sepse është një izotop i qëndrueshëm.
Energjia e tepërt e deuteriumit është 13,135,720 ± 0,001 keV. Energjia e lidhjes për bërthamën e deuteriumit është 2224,52 ± 0,20 keV. Deuteriumi kombinohet me oksigjenin për të formuar D2O (2H2O), i njohur gjithashtu si ujë i rëndë. Deuteriumi nuk është një izotop radioaktiv.
Deuteriumi nuk është i rrezikshëm për shëndetin, por mund të përdoret për të krijuar armë bërthamore. Deuteriumi nuk prodhohet artificialisht, pasi është i bollshëm në mënyrë natyrale në ujin e oqeanit dhe mund t'i shërbejë shumë brezave të njerëzve. Ai nxirret nga oqeani duke përdorur një proces centrifugimi.
Hidrogjen i rëndë
Hidrogjen i rëndë është emri i cilitdo prej izotopeve më të larta të hidrogjenit, si deuteriumi dhe tritiumi. Por më shpesh përdoret për deuterium. Masa atomike e saj ështërreth 2, dhe bërthama e tij përmban 1 proton dhe 1 neutron. Kështu, masa e tij është dy herë më e madhe se hidrogjeni normal. Neutroni shtesë në deuterium e bën atë më të rëndë se hidrogjeni normal, prandaj quhet hidrogjen i rëndë.
Hidrogjeni i rëndë u zbulua nga Harold Urey në 1931 - këtij zbulimi iu dha Çmimi Nobel në Kimi në 1934. Urey parashikoi ndryshimin midis presionit të avullit të hidrogjenit molekular (H2) dhe molekulës përkatëse me një atom hidrogjeni të zëvendësuar nga deuteriumi (HD), dhe kështu mundësinë e ndarjes së këtyre substancave me distilim të hidrogjenit të lëngshëm. Deuteriumi u gjet në mbetjet nga distilimi i hidrogjenit të lëngshëm. Ai u përgatit në formën e tij të pastër nga G. N. Lewis duke përdorur metodën e përqendrimit elektrolitik. Kur uji elektrizohet, formohet gaz hidrogjen, i cili përmban një sasi të vogël deuteriumi, kështu që deuteriumi përqendrohet në ujë. Kur sasia e ujit reduktohet në rreth njëqind e mijëtat e vëllimit të tij origjinal nga elektroliza e vazhdueshme, sigurohet oksidi i deuteriumit pothuajse i pastër, i njohur si ujë i rëndë. Kjo metodë e përgatitjes së ujit të rëndë u përdor gjatë Luftës së Dytë Botërore.
Etimologjia dhe simboli kimik
Emri "deuterium" vjen nga fjala greke deuteros, që do të thotë "i dytë". Kjo tregon se me një bërthamë atomike të përbërë nga dy grimca, deuteriumi është izotopi i dytë pas hidrogjenit të zakonshëm (ose të lehtë).
Deuterium shpesh shënohet me kimikatinsimboli D. Si izotop i hidrogjenit me numër masiv 2, ai përfaqësohet edhe si H. Formula për deuteriumin është 2H. Bashkimi Ndërkombëtar i Kimisë së Pastër dhe të Aplikuar (IUPAC) lejon të dyja D dhe H, megjithëse H është e preferuar.
Si të merrni deuterium nga uji?
Metoda tradicionale e përqendrimit të deuteriumit në ujë përdor shkëmbimin e izotopeve në gazin e sulfurit të hidrogjenit, megjithëse po zhvillohen metoda më të mira. Ndarja e izotopeve të ndryshme të hidrogjenit mund të bëhet gjithashtu duke përdorur kromatografinë e gazit dhe distilimin kriogjenik, të cilat përdorin ndryshime në vetitë fizike për të ndarë izotopet.
Uji deuterium
Uji deuterium, i njohur gjithashtu si ujë i rëndë, është i ngjashëm me ujin e zakonshëm. Formohet nga një kombinim i deuteriumit dhe oksigjenit dhe është caktuar si 2H2O. Uji i deuteriumit është më viskoz se uji i zakonshëm. Uji i rëndë është 10.6% më i dendur se uji i zakonshëm, kështu që akulli i ujit të rëndë fundoset në ujin e zakonshëm. Për disa kafshë, uji i deuteriumit është toksik, ndërsa të tjerët mund të mbijetojnë në ujë të rëndë, por do të zhvillohen më ngadalë në të sesa në ujin normal. Uji i deuteriumit nuk është radioaktiv. Trupi i njeriut përmban rreth 5 gram deuterium dhe është i padëmshëm. Nëse uji i rëndë hyn në trup në sasi të mëdha (për shembull, rreth 50% e ujit në trup bëhet i rëndë), ai mund të çojë në mosfunksionim qelizor dhe përfundimisht në vdekje.
Dallimet në ujin e rëndë:
- Pika e ngrirjes është 3,82°C.
- Temperaturapika e vlimit është 101,4 °C.
- Densiteti i ujit të rëndë është 1,1056 g/mL (uji normal është 0,9982 g/mL).
- PH e ujit të rëndë është 7,43 (uji normal është 6,9996).
- Ka një ndryshim të vogël në shije dhe erë midis ujit të thjeshtë dhe ujit të rëndë.
Përdorimi i deuteriumit
Shkencëtarët kanë zhvilluar shumë përdorime për deuteriumin dhe përbërjet e tij. Për shembull, deuteriumi është një gjurmues izotopi jo radioaktiv për studimin e reaksioneve kimike dhe rrugëve metabolike. Përveç kësaj, është i dobishëm për studimin e makromolekulave duke përdorur shpërndarjen e neutronit. Tretësit e deuteruar (si uji i rëndë) përdoren zakonisht në spektroskopinë e rezonancës magnetike bërthamore (NMR), sepse këta tretës nuk ndikojnë në spektrat NMR të përbërjeve në studim. Komponimet e deuteruara janë gjithashtu të dobishme për spektroskopinë infra të kuqe femtosecond. Deuteriumi është gjithashtu një lëndë djegëse për reaksionet e shkrirjes bërthamore, e cila një ditë mund të përdoret për të prodhuar energji elektrike në një shkallë industriale.
