Deuterium: Cấu trúc, tính chất và công dụng
Deuterium là một trong những loại đồng vị của hydro, được biểu diễn dưới dạng D hoặc 2H. Ngoài ra, nó đã được đặt tên là hydro nặng, bởi vì khối lượng của nó gấp đôi so với proton. Đồng vị là một loài xuất phát từ cùng một nguyên tố hóa học, nhưng có số khối khác với loại này.
Sự khác biệt này là do sự khác biệt về số lượng neutron mà nó có. Deuterium được coi là một đồng vị ổn định và có thể được tìm thấy trong các hợp chất được hình thành bởi hydro có nguồn gốc tự nhiên, mặc dù với tỷ lệ khá nhỏ (dưới 0, 02%).
Với đặc tính của nó, rất giống với hydro thông thường, có thể thay thế hydro trong tất cả các phản ứng mà nó tham gia, trở thành các chất tương đương.
Vì lý do này và các lý do khác, đồng vị này có một số lượng lớn các ứng dụng trong các lĩnh vực khoa học khác nhau, trở thành một trong những điều quan trọng nhất.
Cấu trúc
Cấu trúc của deuterium được cấu thành chủ yếu bởi một hạt nhân có proton và neutron, với trọng lượng hoặc khối lượng nguyên tử xấp xỉ 2.014 g.
Theo cách tương tự, đồng vị này có được sự khám phá của Harold C. Urey, một nhà hóa học người Hoa Kỳ, và các cộng tác viên của ông Ferdinand Brickwedde và George Murphy, vào năm 1931.
Trong hình trên, bạn có thể thấy sự so sánh giữa các cấu trúc của các đồng vị hydro, tồn tại dưới dạng protium (đồng vị dồi dào nhất của nó), deuterium và triti, được sắp xếp từ trái sang phải.
Việc điều chế deuterium ở trạng thái tinh khiết đã được thực hiện thành công lần đầu tiên vào năm 1933, nhưng từ những năm 1950, một chất ở pha rắn đã được sử dụng và nó đã chứng minh tính ổn định, được gọi là lithium deuteride (LiD), cho thay thế deuterium và triti trong một số lượng lớn các phản ứng hóa học.
Theo nghĩa này, sự phong phú của đồng vị này đã được nghiên cứu và nó đã được quan sát thấy rằng tỷ lệ của nó trong nước có thể thay đổi một chút, tùy thuộc vào nguồn mà mẫu được lấy.
Ngoài ra, các nghiên cứu quang phổ đã xác định sự tồn tại của đồng vị này trong các hành tinh khác của thiên hà này.
Một số sự thật về deuterium
Như đã nêu ở trên, sự khác biệt cơ bản giữa các đồng vị của hydro (là những chất duy nhất được đặt tên theo các cách khác nhau) nằm trong cấu trúc của nó, bởi vì lượng proton và neutron của một loài có đặc tính hóa học.
Mặt khác, các deuterium tồn tại bên trong các thân sao được loại bỏ với tốc độ lớn hơn so với nguồn gốc.
Ngoài ra, nó được coi là các hiện tượng khác của tự nhiên chỉ hình thành một lượng rất nhỏ, do đó sản xuất của nó tiếp tục tạo ra sự quan tâm hiện nay.
Tương tự, một loạt các cuộc điều tra đã tiết lộ rằng phần lớn các nguyên tử được hình thành từ loài này có nguồn gốc từ Vụ nổ lớn; đây là lý do tại sao sự hiện diện của nó được chú ý trong các hành tinh lớn như Sao Mộc.
Vì cách phổ biến nhất để đạt được loài này trong tự nhiên là khi nó được kết hợp với hydro dưới dạng protium, mối quan hệ giữa tỷ lệ của cả hai loài trong các lĩnh vực khoa học khác nhau tiếp tục khơi dậy sự quan tâm của cộng đồng khoa học., chẳng hạn như thiên văn học hoặc khí hậu học.
Thuộc tính
- Đó là một đồng vị thiếu đặc tính phóng xạ; đó là, nó khá ổn định trong tự nhiên.
- Nó có thể được sử dụng để thay thế nguyên tử hydro trong các phản ứng hóa học.
- Loài này biểu hiện một hành vi khác với hydro thông thường trong các phản ứng có tính chất sinh hóa.
- Khi hai nguyên tử hydro trong nước được thay thế, thu được D 2 O, thu được tên của nước nặng.
- Các hydro có trong đại dương ở dạng deuterium tồn tại với tỷ lệ 0, 016% so với protium.
- Trong các ngôi sao, đồng vị này có xu hướng hợp nhất nhanh chóng để tạo ra helium.
- D 2 O là một loài độc hại, mặc dù tính chất hóa học của nó rất giống với H 2
- Khi các nguyên tử deuterium chịu quá trình tổng hợp hạt nhân ở nhiệt độ cao, sẽ giải phóng một lượng lớn năng lượng.
- Các tính chất vật lý như điểm sôi, mật độ, nhiệt hóa hơi, điểm ba, trong số các điểm khác, có cường độ cao hơn trong các phân tử deuterium (D 2 ) so với các phân tử hydro (H 2 ).
- Dạng phổ biến nhất mà nó được tìm thấy được liên kết với một nguyên tử hydro, có nguồn gốc hydro deuteride (HD).
Công dụng
Do tính chất của nó, deuterium được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng mà hydro có liên quan. Một số sử dụng được mô tả dưới đây:
- Trong lĩnh vực hóa sinh, nó được sử dụng trong ghi nhãn đồng vị, bao gồm "đánh dấu" một mẫu với đồng vị đã chọn để theo dõi nó thông qua hệ thống xác định.
- Trong các lò phản ứng hạt nhân thực hiện các phản ứng nhiệt hạch được sử dụng để làm giảm tốc độ mà neutron di chuyển mà không có sự hấp thụ cao của các chất này biểu hiện hydro thông thường.
- Trong lĩnh vực cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), các dung môi dựa trên deuterium được sử dụng để thu được các mẫu của loại quang phổ này mà không có sự can thiệp xảy ra khi sử dụng dung môi hydro hóa.
- Trong lĩnh vực sinh học, các đại phân tử được nghiên cứu thông qua các kỹ thuật tán xạ neutron, trong đó các mẫu được cung cấp với deuterium được sử dụng để giảm đáng kể tiếng ồn trong các tính chất tương phản này.
- Trong lĩnh vực dược lý, việc thay thế hydro bằng deuterium được sử dụng cho hiệu ứng đồng vị động học được tạo ra và cho phép các thuốc này có thời gian bán hủy dài hơn.
