Deuterium
Deuterium
Hydrogen 2
bord
Den deuterium , symboliseret 2 H eller D er en stabil, naturlig isotop af hydrogen . Dens atomkerne , kaldet deuteron eller deuteron , har en proton og en neutron , derfor et massetal, der er lig med to. Deuterium blev opdaget i 1931 af Harold Clayton Urey , kemiker ved Columbia University . Denne opdagelse gav ham Nobelprisen i kemi i 1934 .
Forskelle mellem protium og deuterium
Kemisk symbol
Den IUPAC anbefaler at repræsentere symbol deuterium 2 H for at bevare homogeniteten af deres navne, men tolererer symbolet D er meget udbredt. Årsagen til denne tolerance findes i det faktum, at brint af alle de kemiske grundstoffer er det, som isotoperne har de højeste relative masseforskelle for. Dette er ikke uden konsekvenser for deres respektive fysisk-kemiske egenskaber. Atommassen af protium 1 H er 1,007 825 032 14 u mens den for deuterium 2 H er 2,014 101 777 99 u .
Naturlig overflod
Deuterium findes naturligt i spormængder (typisk 0,015% i overflod (antal atomer) i forhold til protium ), eventuelt i form af dideuterium D 2, Men dens mest almindelige form i universet er langt hydrogen deuteride (HD eller 1 H- 2 H), i hvilken et deuteriumatom er bundet til et protium atom med en enkelt elektronisk binding. Masseandelen af deuterium i rent vand ved 20 ° C. er tæt på 33,5 g / m 3 og i havvand til 32,4 g / m 3 .
Tilstedeværelsen af deuterium på jorden, i resten af solsystemet og i spektret af stjerner er en vigtig kendsgerning fysisk kosmologi , fordi 2 H kerner kun kan have dannet ved iagttaget under forekomster primordial nukleosyntese . Tilstedeværelsen af en lille, men konstant, fraktion af deuterium, uanset hvor der findes hydrogen i universet (undtagen i gaskæmper, der har en øget koncentration af deuterium, men hvis relative størrelse dog er meget lille sammenlignet med universets), er en argument til fordel for Big Bang- teorien sammenlignet med den stationære teori : det menes, at den relative overflod af deuterium med hensyn til brint forblev i det væsentlige konstant siden urnukleosyntese for 13,7 milliarder år siden.
Forholdet mellem overflod af deuterium og protium i begyndelsen af solsystemets historie estimeres til 2,1 × 10 −5 , værdierne på Venus og på Mars er henholdsvis 120 gange og fem gange højere end på Jorden, hvilket er fortolket som en rester af fortidens tilstedeværelse af vand på disse to planeter.
Fysisk-kemiske egenskaber og fysiologiske virkninger
Sammenlignet med protium er deuterium lidt mere tyktflydende og udviser fra et kemisk synspunkt en signifikant isotopisk virkning : det er lidt mindre reaktivt end protium og danner bindinger ( kovalent binding og hydrogenbinding ) lidt stærkere. Absorbering af tungt vand snarere end naturligt vand er ikke uden konsekvenser for kroppen, idet eksperimenter med forsøgsdyr indikerer, at de mest mærkbare effekter først optræder i celler, der hurtigt deler sig, ved at påvirke mitoser og dermed fremskynde vævsnedbrydning (se tungt vand ).
Fordøjelsesproblemer begynder at opstå hos dyr med en fysiologisk udskiftningshastighed på omkring 25% samt sterilitetsproblemer på grund af det faktum, at meiose er blokeret så meget som mitoser. Det er blevet observeret, at under disse betingelser holder planterne op med at vokse, og frøene holder op med at spire. Med en deuterationshastighed på omkring 50% lider eukaryoter af dødelig skade (især hos dyr, alvorlig tarm- og knoglesvigt), mens prokaryoter overlever i rent tungt vand, tilsyneladende påvirket. Det simpelthen ved langsommere vækst.
Egenskaber
Ansøgninger
- Det tunge vand kan koncentreres af mennesker. Det anvendes hovedsageligt som en neutron moderator i atomreaktorer af den canadiske type ( CANDU reaktorer ) eller Argentina (to PHWRs designet af Siemens ). Deuterium har et tværsnit på 0,53 m b til termiske neutroner (tritiumdannelse) og 7 × 10 -3 mb hurtige neutroner. Den vigtigste "producent" af deuterium (ved berigelse eller koncentration af deuterium anvendt i tungt vand som en neutronabsorber i visse typer atomreaktorer) var Canada indtil 1997, hvor dets sidste anlæg lukkede; da Indien ville have overtaget, også som en del af dets nukleare industri.
- Deuterium er og vil også blive brugt i fremtidige kontrollerede kernefusionsreaktorer , da det er et af de to hovedelementer i fusionsbrændstof, det andet er tritium . Deuterium er derfor et nukleart materiale, hvis besiddelse er reguleret (artikel R1333-1 i forsvarskodeksen).
- Deutererede opløsningsmidler (opløsningsmiddel, hvori protiums erstattes af deuteriums) anvendes i vid udstrækning i proton-NMR , fordi de har den fordel, at de ikke vises på spektret; faktisk er resonansfrekvensen for deuterium forskellig fra protium.
- Det er blevet foreslået at anvende forholdet mellem stabile isotoper af hydrogen (Delta D eller δD) til at spore oprindelsen af visse dyrs mad og for eksempel til at bestemme oprindelsen af en fisk i et vandskel, hvilket forudsatte et fravær af metabolisk eller trofisk virkning på vævets "Delta D". en undersøgelse viste (2011), at 4 fisk, der voksede op i det samme miljø alligevel præsenterede (afhængigt af deres størrelse og trofiske position) meget forskellige værdier af δD (Ifølge forfatterne kunne forklaringen være en metabolisk effekt og / eller et kumulativt af Delta D af det omgivende vand på det udskiftelige H ved hvert trofiske trin). Dette eksperiment viste, at det var nødvendigt at tage højde for størrelsen og typen af forbrugt mad for at opdage fiskens oprindelse.
I populærkulturen
- Deuterium promoveres bredt i online-spil OGame og Xspace, hvor det bruges i forskningsprocesser, men også som brændstof og energikilde (via fusionskraftværker).
- I Warhammer 40.000 universet bruger nogle våben deuterium.
- I Star Trek- universet bruges deuterium i rumfartøjets fremdrivningssystem.
- I Stargate SG-1 universet bruges deuterium, ekstraheret fra tungt vand , til at drive et kontrolleret fusionskraftværk på planeten Euronda.
- I Halo- universet bruges deuterium til at brænde menneskelige fartøjer i det normale rum. Det tjener også til selvdestruktion af karret ved at mætte fusionskammeret med deuterium.
- I videospillet Deuteros: The Next Millennium , udgivet af Activision i 1991, og udgivet på Amiga og Atari ST, vil spilleren udvinde forskellige mineraler, herunder deuterium for at erobre rummet.
Antideuterium
En anti-euteron er antimaterieækvivalenten med en deuteron ( hydron af deuterium), der består af et antiproton og et antineutron . Antideuteron blev først produceret i 1965 af Proton Synchrotron på CERN og af Alternating Gradient Synchrotron på Brookhaven National Laboratory . Et helt atom med en positron fastgjort til kernen skal kaldes anti-euterium, men fra 2005 er anti-euterium endnu ikke oprettet. Den foreslåede symbol er antideuterium D .
Noter og referencer
Bemærkninger
-
Ud over deuterium er de andre fire stabile atomer med ulige antal protoner og neutroner lithium 6 , bor 10 , nitrogen 14 og tantal 180 m .
-
Når symbolet D anvendes i en kemisk formel eller anden sammenhæng, bliver H symbolet for protium og ikke længere det for det kemiske element brint. For eksempel er HDO betegnet med formlen semi-tungt vand .
-
Deuterium kan også dannes ved eksotiske radioaktiviteter, mellemliggende mellem α radioaktivitet og spontan fission , og som kaldes klyngeradioaktivitet .
-
0,3 mb findes også i termiske neutroner.
Referencer
-
(i) G. Audi og AH Wapstra, " opdateringen 1995 atommassen vurdering " , Nuclear Physics A , vol. 595,1995, s. 409-480.
-
(i) IUPAC Kommissionen om nomenklatur Inorganic Chemistry, " navne for Muonium og hydrogenatomer, og deres Ioner " , Ren og Anvendt Kemi , Vol. 73,2001, s. 377-380 ( DOI 10.1351 / pac200173020377 , læs online [PDF] ).
-
(fr + da) " Les combustibles " , på ITER (adgang til 24. januar 2021 ) .
-
(i) Lawrence M. Krauss & Robert J. Scherrer " The End of Cosmology? » , Scientific American , marts 2008
-
Thérèse Encrenaz og James Lequeux, Udforskningen af planeterne: Fra Galileo til i dag ... og videre , Paris, Belin , coll. "For videnskab",2014, 223 s. ( ISBN 978-2-7011-6195-2 ) , kap. 10 (“Udfordringerne i nutidens planetologi”), s. 185.
-
(i) David R. Lide. ,, Gummibibelen, Internet version 2005 ,
2005
-
(i) DJ Kushner, Alison Baker, og TG Dunstall, " Pharmacological anvendelser og perspektiver af tungt vand og deutererede forbindelser " , Can. J. Physiol. Pharmacol. , Vol. 77, nr . 2
1999, s. 79–88 ( PMID 10535697 , DOI 10.1139 / cjpp-77-2-79 ).
-
Soto DX, Wassenaar LI, Hobson KA, Catalan J & Trudel M (2011) Effekter af størrelse og diæt på stabile brintisotopværdier (δD) hos fisk: implikationer for at spore individer og deres fødekilder . Canadian Journal Of Fisheries & Aquatic Sciences , 68 (11), 2011-2019. doi: 10.1139 / f2011-112
-
(i) Massam, T, Th. Muller , B. Righini , M. Schneegans og A. Zichichi , " Experimental observation af antideuteron generation " , Il Nuovo Cimento , vol. 39,1965, s. 10–14 ( DOI 10.1007 / BF02814251 , Bibcode 1965NCimS..39 ... 10M )
-
(i) Dorfan, D. E, J. Eades , LM Lederman , W. Lee og CC Ting , " Observation af antideuteron " , Phys. Rev. Lett. , Vol. 14, nr . 24,Juni 1965, s. 1003–1006 ( DOI 10.1103 / PhysRevLett.14.1003 , Bibcode 1965PhRvL..14.1003D )
-
(in) P Chardonnet , John Orloff og Peter Salati , " Generationen af antimateriale i vores galakse " , Physics Letters B , bind. 409,1997, s. 313–320 ( DOI 10.1016 / S0370-2693 (97) 00870-8 , Bibcode 1997PhLB..409..313C , arXiv astro-ph / 9705110 )
Se også
Bibliografi
- Breslow R (1957) Hurtig deuteriumudveksling i thiazoliumsalte. J. Am. Chem. Soc. 79, 1762