Deutérium

A deutérium vagy nehézhidrogén a hidrogén egyik stabil izotópja, melynek természetes előfordulása 1 atom 6500 hidrogénatomonként. A deutérium atommagját deuteronnak nevezik, egy protont és egy neutront tartalmaz, míg a normál hidrogén csupán egy protont.

A ²H kémiai jel azonosítja a deutériumot. A D nem hivatalos jelölést is gyakran alkalmazzák, holott a deutérium nem önálló kémiai elem. Természetes formájában deutériumgázként fordul elő: ²H₂ vagy D₂. Amikor normál hidrogénatomhoz (¹H) kapcsolódik, akkor a gázt hidrogén-deuteridnek hívják (legalábbis angol nyelvterületen).

A deutérium név a görög deyterosz (δεύτερος: második) szóból származik.^[1]

Felfedezése

A deutérium felfedezését Harold C. Urey az American Association for the Advancement of Science New Orléansban tartott 1931. évi karácsonyi ülésén jelentette be; felfedezéséért 1934-ben kémiai Nobel-díjjal jutalmazták.

Tulajdonságai

Tulajdonságait kétféleképpen értelmezzük, általánosan kétatomos gázként, akárcsak a hidrogéngázt; CAS Registry Number: 7782-39-0. Az atomos deuterium^[2] azonosítója: CAS Registry Number: 16873-17-9

Fizikai tulajdonságai

Fizikai tulajdonságai nem sokban térnek el a közönséges hidrogénétől; színtelen, szagtalan, íztelen gáz. Kétatomos D₂ molekulákat alkot, moláris tömege a hidrogéngázénál kettővel több, 4 g/mol (az atommaghoz kapcsolódott neutron miatt).

Hármaspontja 18,723 K, 17 100 Pa.^[3]

A mérések szerint, ha a hidrogén–deutérium elegy összetételi aránya folyamatosan növekszik, akkor a hármaspont értéke is növekszik a következőképpen: $T_{tp}(x)=18,680+0,155x$ , ahol x a deutérium móltörtje a hidrogénhez képest.

Kritikus pontja 38,38 K (-234,77 °C), 1665300 Pa.

A deutérium −254,6 °C-on olvad és −249,84 °C-on forr.

Az atomos deutérium képződéshője szobahőmérsékletre vonatkoztatva 221,72 kJ/mol^[4]

Kémiai tulajdonságai

A deutérium kémiai szempontból a közönséges hidrogénhez hasonlóan viselkedik, bár a nagyobb tömege miatt a deutériumot tartalmazó reakciók valamivel kisebb sebességgel mennek végbe, mint a megfelelő közönséges hidrogént tartalmazó reakciók. A két izotópot fizikailag tömegspektrométerrel lehet megkülönböztetni. Ezenfelül a deutériumvegyületek fizikai tulajdonságai eltérhetnek a hidrogénes megfelelőjüktől; például a D₂O sokkal viszkózusabb mint a H₂O. Mivel a deuteronnak a spinje +1, ezért bozon.

A deutérium helyettesítheti a normál hidrogént a vízmolekulában nehézvizet (D₂O) képezve. Jóllehet nem szigorúan mérgező, a nehézvíz fogyasztása ártalmas lehet az egészségre.

Csillagászati jelentősége

A deutérium jelenléte a csillagokban fontos adat a kozmológia számára. Mivel a deutérium elbomlik a csillagban végbemenő fúzió során, nem ismerünk más folyamatot, mint az ősrobbanás nukleoszintézisét a deutérium előállítására. Így ez egy fontos érv az ősrobbanás mellett a világegyetem állandó állapotú elméletével szemben.

A deutérium felhasználása

A világ vezető deutériumtermelője Kanada. Ezt nehézvíz formájában neutronmoderátornak használja fel a CANDU-reaktorokban. (Ennek mellékterméke a nehézvizet alkalmazó Sudbury Neutrínó Obszervatórium.)

A neutronelnyelő képessége (abszorpció) sokkal kisebb, mint a közönséges hidrogéné, és ez teszi kiváló neutronmoderátor anyaggá. Ugyanezen okból használják hidrogéntartalmú anyagokban izotóphelyettesítésre (deuterizált minta), mert az így preparált anyagok sokkal alkalmasabbak a neutronszórásos vizsgálatokra az eredetiknél.

A fúziós energiatermelés egyik ígéretes nyersanyaga.

Vegyületek

A deutérium, akárcsak a hidrogén, számos vegyülettel rendelkezik.

A savakban a hidrogént deutériummal helyettesíthetjük.

A szénsav H₂CO₃ deutériummal: D₂CO₃. A kénsav H₂SO₄ deutériummal: D₂SO₄.

Források

↑ Fülöp József: Rövid kémiai értelmező és etimológiai szótár. Celldömölk: Pauz–Westermann Könyvkiadó Kft. 1998. 36. o. ISBN 963 8334 96 7
↑ Deuterium (atomos). NIST, 2017. (Hozzáférés: 2018. március 11.)
↑ L. A. Schwalbe, E. R. Grilly: A Review of Deuterium Triple-Point Temperatures. nist.gov, 2008. DOI:10.1063/1.555717. (Hozzáférés: 2012. június 2.)
↑ Atomos deuterium képződéshője. NIST, 201. (Hozzáférés: 2018. március 11.)

A deutérium fogalma (elte.hu)
A deutérium felfedezése és története Archiválva 2013. augusztus 2-i dátummal a Wayback Machine-ben

További információ

Fúziós fogalmak

Kapcsolódó szócikkek

[1] Fülöp József: Rövid kémiai értelmező és etimológiai szótár. Celldömölk: Pauz–Westermann Könyvkiadó Kft. 1998. 36. o. ISBN 963 8334 96 7

[atomos-2] Deuterium (atomos). NIST, 2017. (Hozzáférés: 2018. március 11.)

[3] L. A. Schwalbe, E. R. Grilly: A Review of Deuterium Triple-Point Temperatures. nist.gov, 2008. DOI:10.1063/1.555717. (Hozzáférés: 2012. június 2.)

[képződéshő-4] Atomos deuterium képződéshője. NIST, 201. (Hozzáférés: 2018. március 11.)

[1]

[2]

[3]

[4]