Semua unsur mempunyai atom sebagai unit asasnya, dan atom mengandungi tiga zarah asas, iaitu elektron bercas negatif, proton bercas positif dan neutron bagi zarah neutral. Bilangan proton dan neutron yang terdapat dalam nukleus dipanggil nombor jisim unsur, dan bilangan proton dipanggil nombor atom. Unsur yang sama yang atomnya mengandungi bilangan proton yang sama tetapi bilangan neutron yang berbeza dipanggil isotop. Contohnya ialah hidrogen, yang mempunyai tiga isotop. Ini adalah hidrogen dengan neutron sifar, deuterium mengandungi satu neutron, dan tritium - ia mengandungi dua neutron. Artikel ini akan menumpukan pada isotop hidrogen yang dipanggil deuterium, juga dikenali sebagai hidrogen berat.
Apakah itu deuterium?
Deuterium ialah isotop hidrogen yang berbeza daripada hidrogen oleh satu neutron. Lazimnya, hidrogen hanya mempunyai satu proton, manakala deuterium mempunyai satu proton dan satu neutron. Ia digunakan secara meluas dalam tindak balaspembahagian.
Deuterium (simbol kimia D atau ²H) ialah isotop stabil hidrogen yang terdapat dalam alam semula jadi dalam jumlah yang sangat kecil. Nukleus deuterium, dipanggil deuteron, mengandungi satu proton dan satu neutron, manakala nukleus hidrogen yang lebih biasa mengandungi hanya satu proton dan tiada neutron. Oleh itu, setiap atom deuterium mempunyai jisim kira-kira dua kali ganda daripada atom hidrogen biasa, dan deuterium juga dipanggil hidrogen berat. Air di mana atom hidrogen biasa digantikan oleh atom deuterium dipanggil air berat.
Ciri Utama
Jisim isotop deuterium - 2, 014102 unit. Deuterium mempunyai separuh hayat yang stabil kerana ia adalah isotop yang stabil.
Tenaga berlebihan deuterium ialah 13,135.720 ± 0.001 keV. Tenaga pengikat untuk nukleus deuterium ialah 2224.52 ± 0.20 keV. Deuterium bergabung dengan oksigen untuk membentuk D2O (2H2O), juga dikenali sebagai air berat. Deuterium bukan isotop radioaktif.
Deuterium tidak berbahaya kepada kesihatan, tetapi boleh digunakan untuk mencipta senjata nuklear. Deuterium tidak dihasilkan secara buatan, kerana ia secara semula jadi banyak dalam air laut dan boleh berkhidmat kepada banyak generasi orang. Ia diekstrak dari lautan menggunakan proses sentrifugasi.
Hidrogen berat
Hidrogen berat ialah nama mana-mana isotop hidrogen yang lebih tinggi, seperti deuterium dan tritium. Tetapi lebih kerap ia digunakan untuk deuterium. Jisim atomnya ialahkira-kira 2, dan nukleusnya mengandungi 1 proton dan 1 neutron. Oleh itu, jisimnya adalah dua kali ganda daripada hidrogen biasa. Neutron tambahan dalam deuterium menjadikannya lebih berat daripada hidrogen biasa, itulah sebabnya ia dipanggil hidrogen berat.
Hidrogen berat ditemui oleh Harold Urey pada tahun 1931 - penemuan ini telah dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Kimia pada tahun 1934. Urey meramalkan perbezaan antara tekanan wap hidrogen molekul (H2) dan molekul yang sepadan dengan satu atom hidrogen digantikan oleh deuterium (HD), dan dengan itu kemungkinan memisahkan bahan-bahan ini melalui penyulingan hidrogen cecair. Deuterium ditemui dalam sisa daripada penyulingan hidrogen cecair. Ia disediakan dalam bentuk tulen oleh G. N. Lewis menggunakan kaedah kepekatan elektrolitik. Apabila air dialirkan elektrik, gas hidrogen terbentuk, yang mengandungi sejumlah kecil deuterium, jadi deuterium tertumpu di dalam air. Apabila jumlah air dikurangkan kepada kira-kira seratus ribu isipadu asalnya melalui elektrolisis berterusan, hampir deuterium oksida tulen, dikenali sebagai air berat, disediakan. Kaedah penyediaan air berat ini digunakan semasa Perang Dunia II.
Etimologi dan simbol kimia
Nama "deuterium" berasal daripada perkataan Yunani deuteros, yang bermaksud "kedua". Ini menunjukkan bahawa dengan nukleus atom yang terdiri daripada dua zarah, deuterium ialah isotop kedua selepas hidrogen biasa (atau ringan).
Deuterium selalunya dilambangkan dengan bahan kimiasimbol D. Sebagai isotop hidrogen dengan nombor jisim 2, ia juga diwakili sebagai H. Formula untuk deuterium ialah 2H. Kesatuan Kimia Tulen dan Gunaan Antarabangsa (IUPAC) membenarkan kedua-dua D dan H, walaupun H lebih diutamakan.
Bagaimana untuk mendapatkan deuterium daripada air?
Kaedah tradisional untuk menumpukan deuterium dalam air menggunakan pertukaran isotop dalam gas hidrogen sulfida, walaupun kaedah yang lebih baik sedang dibangunkan. Pengasingan isotop hidrogen yang berbeza juga boleh dilakukan menggunakan kromatografi gas dan penyulingan kriogenik, yang menggunakan perbezaan sifat fizikal untuk memisahkan isotop.
Air Deuterium
Air Deuterium, juga dikenali sebagai air berat, adalah serupa dengan air biasa. Ia dibentuk oleh gabungan deuterium dan oksigen dan ditetapkan sebagai 2H2O. Air Deuterium lebih likat berbanding air biasa. Air berat adalah 10.6% lebih tumpat daripada air biasa, jadi ais air berat tenggelam dalam air biasa. Bagi sesetengah haiwan, air deuterium adalah toksik, manakala yang lain boleh bertahan dalam air yang berat, tetapi akan berkembang lebih perlahan di dalamnya berbanding air biasa. Air Deuterium bukan radioaktif. Tubuh manusia mengandungi kira-kira 5 gram deuterium, dan ia tidak berbahaya. Jika air berat masuk ke dalam badan dalam kuantiti yang banyak (contohnya, kira-kira 50% air dalam badan menjadi berat), ia boleh menyebabkan disfungsi sel dan akhirnya kematian.
Perbezaan dalam air berat:
- Takat beku ialah 3.82°C.
- Suhutakat didih ialah 101.4 °C.
- Ketumpatan air berat ialah 1.1056 g/mL (air biasa ialah 0.9982 g/mL).
- Ph air berat ialah 7.43 (air biasa ialah 6.9996).
- Terdapat sedikit perbezaan rasa dan bau antara air kosong dan air berat.
Penggunaan deuterium
Para saintis telah membangunkan banyak kegunaan untuk deuterium dan sebatiannya. Sebagai contoh, deuterium ialah pengesan isotop bukan radioaktif untuk mengkaji tindak balas kimia dan laluan metabolik. Di samping itu, ia berguna untuk mengkaji makromolekul menggunakan penyerakan neutron. Pelarut deuterated (seperti air berat) biasanya digunakan dalam spektroskopi resonans magnetik nuklear (NMR) kerana pelarut ini tidak menjejaskan spektrum NMR bagi sebatian yang dikaji. Sebatian deuterated juga berguna untuk spektroskopi inframerah femtosaat. Deuterium juga merupakan bahan api untuk tindak balas pelakuran nuklear, yang suatu hari nanti boleh digunakan untuk menjana elektrik pada skala perindustrian.
