Барлық элементтердің негізгі бірлігі ретінде атомдар болады және атомда теріс зарядталған электрондар, оң зарядталған протондар және бейтарап бөлшектердің нейтрондары болып табылатын үш негізгі бөлшек бар. Ядродағы протондар мен нейтрондар саны элементтердің массалық саны, ал протондар саны атомдық нөмір деп аталады. Атомдарында протондар саны бірдей, бірақ нейтрондар саны әртүрлі болатын бірдей элементтер изотоптар деп аталады. Мысал үш изотопы бар сутегі. Бұл нейтрондары нөлдік сутегі, бір нейтрон бар дейтерий және тритий - оның құрамында екі нейтрон бар. Бұл мақала ауыр сутегі деп те аталатын дейтерий деп аталатын сутегі изотопына арналады.
Дейтерий дегеніміз не?
Дейтерий – сутегінен бір нейтронмен ерекшеленетін сутегінің изотопы. Әдетте сутегінің бір протоны бар, ал дейтерийде бір протон және бір нейтрон болады. Ол реакцияларда кеңінен қолданыладыбөлу.
Дейтерий (химиялық белгісі D немесе ²H) – табиғатта өте аз мөлшерде кездесетін сутегінің тұрақты изотопы. Дейтрон деп аталатын дейтерий ядросында бір протон мен бір нейтрон бар, ал әлдеқайда кең таралған сутегі ядросында тек бір протон бар, нейтрондар жоқ. Демек, дейтерийдің әрбір атомының массасы кәдімгі сутегі атомынан екі есе көп, дейтерийді ауыр сутек деп те атайды. Қарапайым сутегі атомдары дейтерий атомдарымен ауыстырылатын су ауыр су деп аталады.
Негізгі мүмкіндіктер
Дейтерийдің изотоптық массасы - 2, 014102 бірлік. Дейтерийдің жартылай ыдырау периоды тұрақты, себебі ол тұрақты изотоп.
Дейтерийдің артық энергиясы 13135,720 ± 0,001 кВ. Дейтерий ядросының байланыс энергиясы 2224,52±0,20 кВ. Дейтерий оттегімен қосылып D2O (2H2O) түзеді, ол ауыр су деп те аталады. Дейтерий радиоактивті изотоп емес.
Дейтерий денсаулыққа қауіпті емес, бірақ ядролық қару жасау үшін қолданылуы мүмкін. Дейтерий жасанды түрде өндірілмейді, өйткені ол мұхит суында табиғи түрде көп және адамдардың көптеген ұрпақтарына қызмет ете алады. Ол центрифугалау процесі арқылы мұхиттан алынады.
Ауыр сутегі
Ауыр сутегі - дейтерий және тритий сияқты сутегінің кез келген жоғары изотоптарының атауы. Бірақ көбінесе дейтерий үшін қолданылады. Оның атомдық массасышамамен 2, ал оның ядросында 1 протон және 1 нейтрон бар. Осылайша, оның массасы қалыпты сутегінен екі есе көп. Дейтерийдегі артық нейтрон оны қалыпты сутегінен ауыр етеді, сондықтан оны ауыр сутек деп атайды.
Ауыр сутекті 1931 жылы Гарольд Ури ашты - бұл жаңалық 1934 жылы химия бойынша Нобель сыйлығымен марапатталды. Урей молекулалық сутегінің (Н2) бу қысымы мен дейтериймен (HD) ауыстырылған бір сутегі атомы бар сәйкес молекуланың бу қысымы арасындағы айырмашылықты және осылайша сұйық сутекті айдау арқылы бұл заттарды бөлу мүмкіндігін болжаған. Дейтерий сұйық сутекті айдау қалдықтарынан табылды. Оны таза күйінде дайындаған Г. Н. Льюис электролиттік концентрация әдісін қолданады. Суды электрлендірілгенде сутегі газы түзіледі, оның құрамында аздаған дейтерий болады, сондықтан дейтерий суда шоғырланған. Жалғастырылған электролиз арқылы судың мөлшері бастапқы көлемінің шамамен жүз мыңнан біріне дейін азайған кезде ауыр су деп аталатын таза дерлік дейтерий оксиді беріледі. Бұл ауыр суды дайындау әдісі Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде қолданылған.
Этимология және химиялық таңба
"Дейтерий" атауы гректің "екінші" дегенді білдіретін deuteros сөзінен шыққан. Бұл екі бөлшектен тұратын атом ядросында дейтерий кәдімгі (немесе жеңіл) сутегінен кейінгі екінші изотоп екенін көрсетеді.
Дейтерий жиі химиялық затпен белгіленедітаңбасы D. Массалық саны 2 болатын сутегінің изотопы ретінде ол Н түрінде де берілген. Дейтерийдің формуласы 2Н. Таза және қолданбалы химияның халықаралық одағы (IUPAC) D және H екеуіне де рұқсат береді, бірақ H артықшылық береді.
Судан дейтерийді қалай алуға болады?
Судағы дейтерийді концентрациялаудың дәстүрлі әдісі күкіртсутегі газында изотоп алмасуды пайдаланады, дегенмен жақсырақ әдістер әзірленуде. Сутегінің әртүрлі изотоптарын бөлуді изотоптарды бөлу үшін физикалық қасиеттердегі айырмашылықтарды пайдаланатын газ хроматографиясы мен криогенді айдау арқылы да жасауға болады.
Дейтерий суы
Ауыр су деп те аталатын дейтерий суы қарапайым суға ұқсайды. Ол дейтерий мен оттегінің қосындысынан түзілген және 2H2O деп белгіленген. Дейтерий суы кәдімгі суға қарағанда тұтқыр. Ауыр су қарапайым суға қарағанда 10,6% тығыз, сондықтан ауыр судың мұзы қарапайым суға батады. Кейбір жануарлар үшін дейтерий суы улы, ал басқалары ауыр суда өмір сүре алады, бірақ қалыпты суға қарағанда ондағы баяу дамиды. Дейтерий суы радиоактивті емес. Адам ағзасында шамамен 5 грамм дейтерий бар және ол зиянсыз. Ауыр су денеге көп мөлшерде түссе (мысалы, денедегі судың шамамен 50%-ы ауыр болады), бұл жасуша қызметінің бұзылуына, ақырында өлімге әкелуі мүмкін.
Ауыр судағы айырмашылықтар:
- Мұздату температурасы 3,82°C.
- Температурақайнау температурасы 101,4 °C.
- Ауыр судың тығыздығы 1,1056 г/мл (қалыпты су - 0,9982 г/мл).
- Ауыр судың рН мәні 7,43 (қалыпты су - 6,9996).
- Қарапайым су мен ауыр судың дәмі мен иісі бойынша шамалы айырмашылық бар.
Дейтерийді қолдану
Ғалымдар дейтерий мен оның қосылыстарын қолданудың көптеген жолдарын ойлап тапты. Мысалы, дейтерий – химиялық реакциялар мен метаболизм жолдарын зерттеуге арналған радиоактивті емес изотопты қадағалайтын құрал. Сонымен қатар, ол нейтрондық шашырау арқылы макромолекулаларды зерттеу үшін пайдалы. Дейтерленген еріткіштер (ауыр су сияқты) әдетте ядролық магниттік резонансты (ЯМР) спектроскопиясында қолданылады, себебі бұл еріткіштер зерттелетін қосылыстардың ЯМР спектрлеріне әсер етпейді. Дейтерленген қосылыстар фемтосекундтық инфрақызыл спектроскопия үшін де пайдалы. Дейтерий де ядролық синтез реакциялары үшін отын болып табылады, ол бір күні өнеркәсіптік ауқымда электр энергиясын өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін.
