Deutérium

Deutérium (z gréčtiny δευτερον: „druhý“ ) alebo ťažký vodík je jeden z izotopov vodíka. Nepodlieha rádioaktívnej premene, v prírode sa bežne vyskytuje. Na 6500 atómov pripadne jeden atóm deutéria, čo predstavuje približne 0,015 % (prepočítané na váhu 0,030 %) zo všetkých izotopov vodíka vyskytujúcich sa v prírode. Jadro deutéria sa volá deuterón a je súčasťou molekuly ťažkej vody D₂O. Deutérium môžeme pripraviť elektrolýzou ťažkej vody alebo reakciou sodíka s ťažkou vodou.

• Konfigurácia: 1 protón, 1 neutrón, 1 elektrón
• Relatívna atómová hmotnosť: 2,0135532127 amu
• Značka: ²H, D
• Výskyt: 0.0156 %

História

Deutérium prvýkrát spozoroval v roku 1931 Harold Urey, chemik na Columbia University, za čo v roku 1934 získal Nobelovu cenu za chémiu. Gilbert Newton Lewis izoloval molekulu ťažkej vody v roku 1933.

Počas druhej svetovej vojny Nemecko robilo experimenty s použitím ťažkej vody ako moderátor v atómových reaktoroch. Cieľom bolo vyrobiť plutónium na atómovú bombu. Tieto experimenty boli príčinou akcie Spojencov s anglickým názvom Norwegian heavy water sabotage, ktorá zničila fabriku Vemork v Nórsku.

Chemické vlastnosti

Deutérium tvorí analogické zlúčeniny ako klasický vodík (prócium), napr. D₂O, DCl alebo ND₃ ("ťažké" varianty vody, chlorovodíku, resp. amoniaku), pričom tieto zlúčeniny aj vznikajú podobnými reakciami, hoci deutérium reaguje trochu pomalšie.

Ťažká voda

Molekula vody, v ktorej sú atómy vodíka nahradené atómami deutéria, sa nazýva ťažká voda alebo deutériumoxid (D₂O) a na rozdiel od obyčajnej vody (H₂O) je mierne toxická.

Využitie

Táto zlúčenina má významné využitie v jadrovom priemysle. Je veľmi účinným moderátorom (látkou spomaľujúcou rýchlosť neutrónov). Tieto vlastnosti sa používajú od druhej svetovej vojny v určitých typoch reaktorov k príprave plutónia z uránu.

Dnes sa deutérium využíva ako účinný stopovač (marker) biochemických reakcií.

Fyzikálne vlastnosti

Ťažká voda má odlišné fyzikálne vlastnosti ako normálna voda, mrzne pri 3,8 °C a vrie pri 101,4 °C,

• Hustota: 1107 kg/m³ (pri štandardnom tlaku a teplote)
  • pevné skupenstvo: 195? kg/m³
  • plynné skupenstvo: 0,452 kg/m³
• viskozita: 1,3 µPa·s
• špecifická tepelná kapacita pri konštantnom tlaku c_p:
  • pevné skupenstvo: 2950 J/(kg·K)
  • plynné skupenstvo: 5200 J/(kg·K)

Vlastnosť	D2O (Ťažká voda)	H2O (Ľahká voda)
Bod tuhnutia (°C)	3,82	0.0
Bod varu (°C)	101,72	100.0
Hustota (pri 20 °C, g/mL)	1,1056	0,9982
Teplota maximálnej hustoty (°C)	11,6	4,0
Viskozita (pri 20 °C, centipoise)	1,25	1,005
Povrchové napätie (25 °C, dyn·cm)	71,93	71,97
Skupenské teplo topenia (cal/mol)	1,515	1,436
Skupenské teplo varu (cal/mol)	10,864	10,515
úroveň Ph	cca. 14,0	cca. 7,0 →

Ťažká voda a normálna voda spolu reagujú: D₂O + H₂O → 2 HDO

Antideuterón

Antideuterón je teoretická antičastica deuterónu, jadra deutéria. Skladá sa z antiprotónu a a antineutrónu. Antideuterón prvýkrát vyrobili v CERN a v Brookhaven National Laboratory v roku 1965.

Kompletný atóm s pozitrónom obiehajúci jadro by sa volal antideutérium, ale do roku 2005 sa ho vedcom nepodarilo vytvoriť .

Pozri aj

Fyzikálny portál Chemický portál

• Chemický prvok - Vodík
• Ďalší izotop vodíka - Trícium
• Jadrová energetika - Jadrová fúzia