ყველა ელემენტს აქვს ატომები, როგორც მათი ძირითადი ერთეული, და ატომი შეიცავს სამ ფუნდამენტურ ნაწილაკს, რომლებიც არის უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები, დადებითად დამუხტული პროტონები და ნეიტრალური ნაწილაკების ნეიტრონები. ბირთვში არსებული პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობას ეწოდება ელემენტების მასის რაოდენობა, ხოლო პროტონების რაოდენობას - ატომური რიცხვი. იგივე ელემენტებს, რომელთა ატომები შეიცავს პროტონების ერთსა და იმავე რაოდენობას, მაგრამ ნეიტრონების სხვადასხვა რაოდენობას, იზოტოპები ეწოდება. ამის მაგალითია წყალბადი, რომელსაც აქვს სამი იზოტოპი. ეს არის წყალბადი ნულოვანი ნეიტრონით, დეიტერიუმი შეიცავს ერთ ნეიტრონს და ტრიტიუმი - შეიცავს ორ ნეიტრონს. ეს სტატია ყურადღებას გაამახვილებს წყალბადის იზოტოპზე, რომელსაც ეწოდება დეიტერიუმი, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც მძიმე წყალბადი.
რა არის დეიტერიუმი?
დეიტერიუმი არის წყალბადის იზოტოპი, რომელიც განსხვავდება წყალბადისგან ერთი ნეიტრონით. როგორც წესი, წყალბადს აქვს მხოლოდ ერთი პროტონი, ხოლო დეიტერიუმს აქვს ერთი პროტონი და ერთი ნეიტრონი. იგი ფართოდ გამოიყენება რეაქციებშიგანყოფილება.
დეიტერიუმი (ქიმიური სიმბოლო D ან ²H) არის წყალბადის სტაბილური იზოტოპი, რომელიც ბუნებაში გვხვდება უკიდურესად მცირე რაოდენობით. დეიტერიუმის ბირთვი, რომელსაც დეიტრონი ეწოდება, შეიცავს ერთ პროტონს და ერთ ნეიტრონს, ხოლო ბევრად უფრო გავრცელებული წყალბადის ბირთვი შეიცავს მხოლოდ ერთ პროტონს და არა ნეიტრონს. მაშასადამე, დეიტერიუმის თითოეულ ატომს აქვს მასა, რომელიც ორჯერ აღემატება ჩვეულებრივ წყალბადის ატომს და დეიტერიუმს ასევე უწოდებენ მძიმე წყალბადს. წყალს, რომელშიც ჩვეულებრივი წყალბადის ატომები შეიცვალა დეიტერიუმის ატომებით, მძიმე წყალი ეწოდება.
ძირითადი მახასიათებლები
დეიტერიუმის იზოტოპური მასა - 2, 014102 ერთეული. დეიტერიუმს აქვს სტაბილური ნახევარგამოყოფის პერიოდი, რადგან ის სტაბილური იზოტოპია.
დეიტერიუმის ჭარბი ენერგია არის 13135.720 ± 0.001 კევ. დეიტერიუმის ბირთვისთვის დამაკავშირებელი ენერგიაა 2224,52 ± 0,20 კევ. დეიტერიუმი აერთიანებს ჟანგბადს და წარმოქმნის D2O (2H2O), რომელიც ასევე ცნობილია როგორც მძიმე წყალი. დეიტერიუმი არ არის რადიოაქტიური იზოტოპი.
დეიტერიუმი არ არის საშიში ჯანმრთელობისთვის, მაგრამ მისი გამოყენება შესაძლებელია ბირთვული იარაღის შესაქმნელად. დეიტერიუმი ხელოვნურად არ იწარმოება, რადგან ის ბუნებრივად უხვადაა ოკეანის წყალში და შეუძლია ემსახუროს ადამიანთა მრავალ თაობას. იგი ამოღებულია ოკეანედან ცენტრიფუგაციის პროცესის გამოყენებით.
მძიმე წყალბადი
მძიმე წყალბადი არის წყალბადის ნებისმიერი უმაღლესი იზოტოპის სახელი, როგორიცაა დეიტერიუმი და ტრიტიუმი. მაგრამ უფრო ხშირად გამოიყენება დეიტერიუმისთვის. მისი ატომური მასაადაახლოებით 2, ხოლო მისი ბირთვი შეიცავს 1 პროტონს და 1 ნეიტრონს. ამრიგად, მისი მასა ორჯერ აღემატება ჩვეულებრივ წყალბადს. დეიტერიუმში არსებული ზედმეტი ნეიტრონი მას ჩვეულებრივ წყალბადზე მძიმეს ხდის, რის გამოც მას მძიმე წყალბადს უწოდებენ.
მძიმე წყალბადი აღმოაჩინა ჰაროლდ ურიის მიერ 1931 წელს - ამ აღმოჩენას მიენიჭა ნობელის პრემია ქიმიაში 1934 წელს. ურეიმ იწინასწარმეტყველა განსხვავება მოლეკულური წყალბადის (H2) ორთქლის წნევასა და შესაბამის მოლეკულას შორის წყალბადის ერთი ატომით, რომელიც შეიცვალა დეიტერიუმით (HD), და, ამრიგად, ამ ნივთიერებების გამოყოფის შესაძლებლობა თხევადი წყალბადის დისტილაციით. დეიტერიუმი აღმოაჩინეს თხევადი წყალბადის გამოხდის ნარჩენებში. იგი სუფთა სახით მოამზადა გ.ნ. ლუისი ელექტროლიტური კონცენტრაციის მეთოდის გამოყენებით. როდესაც წყალი ელექტრიფიცირებულია, წარმოიქმნება წყალბადის გაზი, რომელიც შეიცავს მცირე რაოდენობით დეიტერიუმს, ამიტომ დეიტერიუმი კონცენტრირებულია წყალში. როდესაც წყლის რაოდენობა მცირდება მისი თავდაპირველი მოცულობის დაახლოებით ას მეათასედამდე უწყვეტი ელექტროლიზით, მიიღება თითქმის სუფთა დეიტერიუმის ოქსიდი, რომელიც ცნობილია როგორც მძიმე წყალი. მძიმე წყლის მომზადების ეს მეთოდი გამოიყენებოდა მეორე მსოფლიო ომის დროს.
ეტიმოლოგია და ქიმიური სიმბოლო
სახელი "დეიტერიუმი" მომდინარეობს ბერძნული სიტყვიდან deuteros, რაც ნიშნავს "მეორე". ეს მიუთითებს იმაზე, რომ ატომის ბირთვში, რომელიც შედგება ორი ნაწილაკისგან, დეიტერიუმი მეორე იზოტოპია ჩვეულებრივი (ან მსუბუქი) წყალბადის შემდეგ.
დეიტერიუმი ხშირად აღინიშნება ქიმიურითსიმბოლო D. როგორც წყალბადის იზოტოპი მასობრივი რიცხვით 2, ის ასევე წარმოდგენილია როგორც H. დეიტერიუმის ფორმულა არის 2H. სუფთა და გამოყენებითი ქიმიის საერთაშორისო კავშირი (IUPAC) ნებას რთავს როგორც D, ასევე H-ს, თუმცა H სასურველია.
როგორ მივიღოთ დეიტერიუმი წყლისგან?
წყალში დეიტერიუმის კონცენტრაციის ტრადიციული მეთოდი იყენებს იზოტოპების გაცვლას წყალბადის სულფიდში, თუმცა უკეთესი მეთოდები მუშავდება. წყალბადის სხვადასხვა იზოტოპების გამოყოფა ასევე შეიძლება განხორციელდეს გაზის ქრომატოგრაფიისა და კრიოგენული დისტილაციის გამოყენებით, რომლებიც იყენებენ ფიზიკურ თვისებებს იზოტოპების განცალკევებისთვის.
დეიტერიუმის წყალი
დეიტერიუმის წყალი, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც მძიმე წყალი, ჩვეულებრივი წყლის მსგავსია. იგი წარმოიქმნება დეიტერიუმის და ჟანგბადის კომბინაციით და დასახელებულია როგორც 2H2O. დეიტერიუმის წყალი უფრო ბლანტია ვიდრე ჩვეულებრივი წყალი. მძიმე წყალი 10,6%-ით უფრო მკვრივია ვიდრე ჩვეულებრივი წყალი, ამიტომ მძიმე წყლის ყინული ჩვეულებრივ წყალში იძირება. ზოგიერთი ცხოველისთვის დეიტერიუმის წყალი ტოქსიკურია, ზოგს კი შეუძლია გადარჩეს მძიმე წყალში, მაგრამ მასში უფრო ნელა განვითარდება, ვიდრე ჩვეულებრივ წყალში. დეიტერიუმის წყალი არ არის რადიოაქტიური. ადამიანის ორგანიზმი შეიცავს დაახლოებით 5 გრამ დეიტერიუმს და ის უვნებელია. თუ მძიმე წყალი შედის სხეულში დიდი რაოდენობით (მაგალითად, ორგანიზმში არსებული წყლის დაახლოებით 50% მძიმე ხდება), ამან შეიძლება გამოიწვიოს უჯრედების დისფუნქცია და საბოლოოდ სიკვდილი.
განსხვავებები მძიმე წყალში:
- გაყინვის წერტილი არის 3,82°C.
- ტემპერატურადუღილის წერტილი არის 101,4 °C.
- მძიმე წყლის სიმკვრივეა 1,1056 გ/მლ (ნორმალური წყალი არის 0,9982 გ/მლ).
- მძიმე წყლის pH არის 7,43 (ნორმალური წყალი არის 6,9996).
- უბრალო წყალსა და მძიმე წყალს შორის არის უმნიშვნელო განსხვავება გემოსა და სუნის მხრივ.
დეიტერიუმის გამოყენება
მეცნიერებმა შეიმუშავეს დეიტერიუმის და მისი ნაერთების მრავალი გამოყენება. მაგალითად, დეიტერიუმი არის არარადიოაქტიური იზოტოპის მიკვლევა ქიმიური რეაქციებისა და მეტაბოლური გზების შესასწავლად. გარდა ამისა, ის სასარგებლოა მაკრომოლეკულების შესასწავლად ნეიტრონების გაფანტვის გამოყენებით. დეიტერირებული გამხსნელები (როგორც მძიმე წყალი) ჩვეულებრივ გამოიყენება ბირთვული მაგნიტურ-რეზონანსული (NMR) სპექტროსკოპიაში, რადგან ეს გამხსნელები გავლენას არ ახდენენ შესწავლილი ნაერთების NMR სპექტრებზე. დეიტერირებული ნაერთები ასევე სასარგებლოა ფემტოწამური ინფრაწითელი სპექტროსკოპიისთვის. დეიტერიუმი ასევე არის საწვავი ბირთვული შერწყმის რეაქციებისთვის, რომელიც ოდესმე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტროენერგიის წარმოებისთვის ინდუსტრიული მასშტაბით.
