Vipengee vyote vina atomi kama kitengo chao cha msingi, na atomi ina chembe tatu msingi, ambazo ni elektroni zenye chaji hasi, protoni zenye chaji chanya na neutroni za chembe zisizoegemea upande wowote. Idadi ya protoni na neutroni zilizopo kwenye kiini inaitwa idadi ya molekuli ya vipengele, na idadi ya protoni inaitwa nambari ya atomiki. Vipengele vile vile ambavyo atomi zake zina idadi sawa ya protoni lakini nambari tofauti za neutroni huitwa isotopu. Mfano ni hidrojeni, ambayo ina isotopu tatu. Hii ni hidrojeni yenye neutroni sifuri, deuterium iliyo na neutroni moja, na tritium - ina neutroni mbili. Makala haya yataangazia isotopu ya hidrojeni inayoitwa deuterium, pia inajulikana kama hidrojeni nzito.
deuterium ni nini?
Deuterium ni isotopu ya hidrojeni ambayo inatofautiana na hidrojeni kwa neutroni moja. Kwa kawaida, hidrojeni ina protoni moja tu, wakati deuterium ina protoni moja na neutroni moja. Inatumika sana katika atharidivisheni.
Deuterium (alama ya kemikali D au ²H) ni isotopu thabiti ya hidrojeni inayopatikana katika asili kwa kiasi kidogo sana. Nucleus ya deuterium, inayoitwa deuteron, ina protoni moja na neutroni moja, wakati kiini cha hidrojeni kinachojulikana zaidi kina protoni moja tu na hakuna neutroni. Kwa hivyo, kila atomi ya deuterium ina misa ambayo ni karibu mara mbili ya atomi ya kawaida ya hidrojeni, na deuterium pia inaitwa hidrojeni nzito. Maji ambayo atomi za kawaida za hidrojeni hubadilishwa na atomi za deuterium huitwa maji mazito.
Sifa Muhimu
Uzito wa isotopiki wa deuterium - vitengo 2, 014102. Deuterium ina nusu ya maisha thabiti kwa sababu ni isotopu thabiti.
Nishati ya ziada ya deuterium ni 13,135.720 ± 0.001 keV. Nishati ya kumfunga kwa kiini cha deuterium ni 2224.52 ± 0.20 keV. Deuterium huchanganyika na oksijeni kuunda D2O (2H2O), pia inajulikana kama maji mazito. Deuterium si isotopu ya mionzi.
Deuterium si hatari kwa afya, lakini inaweza kutumika kuunda silaha za nyuklia. Deuterium haizalishwi kisanii, kwani kwa asili iko kwa wingi katika maji ya bahari na inaweza kuhudumia vizazi vingi vya watu. Hutolewa kutoka kwa bahari kwa kutumia mchakato wa kupenyeza katikati.
Hidrojeni nzito
Hidrojeni nzito ni jina la isotopu zozote za juu zaidi za hidrojeni, kama vile deuterium na tritium. Lakini mara nyingi zaidi hutumiwa kwa deuterium. Uzito wake wa atomiki nikaribu 2, na kiini chake kina protoni 1 na nyutroni 1. Hivyo, wingi wake ni mara mbili ya hidrojeni ya kawaida. Neutroni ya ziada kwenye deuterium huifanya kuwa nzito kuliko hidrojeni ya kawaida, ndiyo maana inaitwa hidrojeni nzito.
Hidrojeni nzito iligunduliwa na Harold Urey mnamo 1931 - ugunduzi huu ulitunukiwa Tuzo ya Nobel ya Kemia mnamo 1934. Urey alitabiri tofauti kati ya shinikizo la mvuke wa hidrojeni ya molekuli (H2) na molekuli inayolingana na atomi moja ya hidrojeni kubadilishwa na deuterium (HD), na hivyo basi uwezekano wa kutenganisha dutu hizi kwa kunereka kwa hidrojeni kioevu. Deuterium ilipatikana katika mabaki kutoka kwa kunereka kwa hidrojeni kioevu. Ilitayarishwa kwa fomu yake safi na G. N. Lewis akitumia njia ya ukolezi ya elektroliti. Wakati maji yanapowekwa umeme, gesi ya hidrojeni huundwa, ambayo ina kiasi kidogo cha deuterium, hivyo deuterium imejilimbikizia ndani ya maji. Kiasi cha maji kinapopunguzwa hadi takribani laki moja ya ujazo wake wa asili kwa kuendelea kwa elektrolisisi, karibu oksidi safi ya deuterium, inayojulikana kama maji mazito, hutolewa. Mbinu hii nzito ya kuandaa maji ilitumika wakati wa Vita vya Pili vya Dunia.
Etimolojia na alama ya kemikali
Jina "deuterium" linatokana na neno la Kigiriki deuteros, ambalo linamaanisha "pili". Hii inaonyesha kwamba kwa kiini cha atomiki kilicho na chembe mbili, deuterium ni isotopu ya pili baada ya hidrojeni ya kawaida (au nyepesi).
Deuterium mara nyingi huashiriwa na kemikaliishara D. Kama isotopu ya hidrojeni yenye wingi wa nambari 2, pia inawakilishwa kama H. Fomula ya deuterium ni 2H. Muungano wa Kimataifa wa Kemia Safi na Inayotumika (IUPAC) inaruhusu D na H, ingawa H inapendelewa.
Jinsi ya kupata deuterium kutoka kwa maji?
Mbinu ya kitamaduni ya kuweka deuterium katika maji hutumia kubadilishana isotopu katika gesi ya salfidi hidrojeni, ingawa mbinu bora zaidi zinatengenezwa. Mtengano wa isotopu tofauti za hidrojeni pia unaweza kufanywa kwa kutumia kromatografia ya gesi na kunereka kwa cryogenic, ambayo hutumia tofauti za sifa za kimwili kutenganisha isotopu.
Deuterium water
Maji ya Deuterium, pia yanajulikana kama maji mazito, ni sawa na maji ya kawaida. Inaundwa na mchanganyiko wa deuterium na oksijeni na inajulikana kama 2H2O. Maji ya Deuterium yana viscous zaidi kuliko maji ya kawaida. Maji mazito ni mnene kwa 10.6% kuliko maji ya kawaida, kwa hivyo barafu ya maji mazito huzama kwenye maji ya kawaida. Kwa wanyama wengine, maji ya deuterium ni sumu, wakati wengine wanaweza kuishi katika maji mazito, lakini watakua polepole zaidi ndani yake kuliko katika maji ya kawaida. Maji ya Deuterium hayana mionzi. Mwili wa mwanadamu una takriban gramu 5 za deuterium, na haina madhara. Ikiwa maji mazito yataingia mwilini kwa wingi (kwa mfano, takriban 50% ya maji mwilini huwa mazito), inaweza kusababisha utendakazi wa seli, na hatimaye kifo.
Tofauti katika maji mazito:
- Kiwango cha kuganda ni 3.82°C.
- Halijotokiwango cha mchemko ni 101.4 °C.
- Msongamano wa maji mazito ni 1.1056 g/mL (maji ya kawaida ni 0.9982 g/mL).
- PH ya maji mazito ni 7.43 (maji ya kawaida ni 6.9996).
- Kuna tofauti kidogo ya ladha na harufu kati ya maji ya kawaida na maji mazito.
Matumizi ya deuterium
Wanasayansi wameunda matumizi mengi ya deuterium na misombo yake. Kwa mfano, deuterium ni kifuatiliaji cha isotopu kisicho na mionzi kwa kusoma athari za kemikali na njia za kimetaboliki. Kwa kuongeza, ni muhimu kwa kusoma macromolecules kwa kutumia kutawanya kwa neutroni. Vimumunyisho vilivyopunguka (kama vile maji mazito) hutumiwa kwa kawaida katika uchunguzi wa miale ya sumaku ya nyuklia (NMR) kwa sababu vimumunyisho hivi haviathiri mwonekano wa NMR wa misombo inayochunguzwa. Michanganyiko iliyopunguzwa pia ni muhimu kwa uchunguzi wa infrared wa femtosecond. Deuterium pia ni mafuta ya athari za muunganisho wa nyuklia, ambayo siku moja inaweza kutumika kuzalisha umeme kwa kiwango cha viwanda.
