Deuterium

Deuterium
Hydrogen 2

Generell

Etternavn	deuterium
Symbol	2 1H, D
Nøytroner	1
Protoner	1

Fysiske data

Naturlig tilstedeværelse	0,015%
Halvt liv	Stabil
Råtneprodukt	Nei
Atommasse	2,014101777 (99) u
Snurre rundt	1 +
Overflødig energi	13135,7196 ± 0,001 keV
Bindende energi	2224,573 ± 0,002 keV

Den deuterium , symbolisert 2 H , eller D er en stabil, naturlig isotop av hydrogen . Dets atomkjernen , kalt en deuteron eller deuteron , har ett proton og et nøytron , derav en massenummeret lik to. Deuterium ble oppdaget i 1931 av Harold Clayton Urey , en kjemiker ved Columbia University . Denne oppdagelsen ga ham Nobelprisen i kjemi i 1934 .

Forskjeller mellom protium og deuterium

Kjemisk symbol

Den IUPAC anbefaler for å representere et symbol deuterium 2 H, for å opprettholde homogeniteten av deres navn, men tåler symbolet D er mye brukt. Årsaken til denne toleransen er å finne at hydrogen av alle de kjemiske elementene er den som isotopene har de høyeste relative masseforskjellene for. Dette er ikke uten konsekvenser for deres respektive fysisk-kjemiske egenskaper. Atomvekten av protium 1 H er 1,007 825 032 14 u , mens det av deuterium 2 H er 2,014 101 777 99 u .

Naturlig overflod

Deuterium foreligger naturlig i spormengder (typisk 0,015% i overflod (antall atomer) i forhold til protium ), eventuelt i form av dideuterium D 2, Men det mest vanlige form i universet er langt hydrogendeuterid (HD eller 1 H- 2 H), i hvilken et deuteriumatom er bundet til en protium atom med en enkelt elektronisk binding. Masseandelen av deuterium i rent vann ved 20 ° C. er nær 33,5 g / m 3 og i sjøvann 32,4 g / m 3 .

Tilstedeværelsen av deuterium på jorden, i resten av solcellesystemet og i spekteret av stjerner er et viktig faktum av fysisk kosmologi , fordi 2 H kjerner kan bare er dannet ved de abundances observert i løpet opprinnelige nucleosynthesis . Tilstedeværelsen av en liten, men konstant fraksjon av deuterium hvor som helst hydrogen finnes i universet (unntatt i gassgiganter som har en økt konsentrasjon av deuterium, men hvis relative størrelse forblir veldig liten sammenlignet med universets), er et argument for av Big Bang- teorien sammenlignet med teorien om stasjonær tilstand : det antas at den relative overflod av deuterium med hensyn til hydrogen forble i det vesentlige konstant siden urnukleosyntese for 13,7 milliarder år siden.

Forholdet mellom overflod av deuterium og protium i begynnelsen av solsystemets historie er estimert til 2,1 × 10 −5 , verdiene på Venus og på Mars er henholdsvis 120 ganger og fem ganger høyere enn på jorden, som er tolket som en spalte av fortidens tilstedeværelse av vann på disse to planetene.

Fysisk-kjemiske egenskaper og fysiologiske effekter

Sammenlignet med protium er deuterium litt mer tyktflytende, og har fra et kjemisk synspunkt en betydelig isotopisk effekt : det er litt mindre reaktivt enn protium, og danner bindinger ( kovalent binding og hydrogenbinding ) litt sterkere. Å absorbere tungt vann i stedet for naturlig vann er ikke uten konsekvenser for kroppen, med eksperimenter på forsøksdyr som indikerer at de mest merkbare effektene vises først i hurtigdelende celler, ved å påvirke mitoser og dermed akselerere vevsnedbrytning (se Tungt vann ).

Fordøyelsesproblemer begynner å oppstå hos dyr med en fysiologisk erstatningshastighet i størrelsesorden 25%, samt sterilitetsproblemer på grunn av at meiose er blokkert like mye som mitoser. Det er observert at plantene under disse forholdene slutter å vokse og frøene slutter å spire. Med en deuterasjonshastighet på rundt 50% lider eukaryoter av dødelig skade (spesielt hos dyr, alvorlig tarm- og beinfeil) mens prokaryoter overlever i rent tungt vann, tilsynelatende påvirket. Han bare hemmet veksten.

Kjennetegn

Ved vanlige temperaturer er deuterium en gass (HD eller D 2 ). Det er veldig sjeldent og vanskelig å utnytte.
tetthet : 0,168 kg / m 3 under standardforhold, (se Normal temperatur og trykkforhold ).
atommasse : 2014 101 777 99 u

applikasjoner

Den tungtvann kan konsentreres ved menneske. Det er hovedsakelig brukt som en nøytron- moderator i kjernereaktorer av den kanadiske type ( Candu reaktorer ) eller Argentina (to PHWRs utformet ved Siemens ). Deuterium har et tverrsnitt på 0,53 m b til termiske nøytroner (tritiumdannelse) og 7 × 10 -3 mb raske nøytroner. Den viktigste "produsenten" av deuterium (ved berikelse eller konsentrasjon av deuterium brukt i tungt vann som nøytronabsorber i visse typer atomreaktorer) var Canada frem til 1997, da det siste anlegget stengte; siden India ville ha tatt over, også som en del av sin atomindustri.
Deuterium er og vil også bli brukt i fremtidige kontrollerte kjernefusjonsreaktorer , da det er et av de to hovedelementene i fusjonsbrensel, det andre er tritium . Deuterium er derfor et kjernefysisk materiale hvis besittelse er regulert (artikkel R1333-1 i forsvarskoden).

Deutererte løsemidler (løsemiddel der protiumer erstattes av deuterium) blir mye brukt i proton-NMR , fordi de har fordelen av at de ikke vises på spekteret; faktisk er resonansfrekvensen til deuterium forskjellig fra protium.
Det er blitt foreslått å bruke forholdet mellom stabile isotoper av hydrogen (Delta D eller δD) for å spore opprinnelsen til maten til visse dyr, og for eksempel å bestemme opprinnelsen til en fisk i et vannskille, som forutsatte fravær av metabolsk eller trofisk effekt på vevets "Delta D". en studie viste (2011) at 4 fisk som har vokst i samme miljø likevel presenterte (avhengig av størrelse og trofisk posisjon) veldig forskjellige verdier av δD (Ifølge forfatterne kan forklaringen være en metabolsk effekt og / eller en kumulert av Delta D av det omgivende vannet på det utskiftbare H på hvert trofiske trinn). Dette eksperimentet viste at det måtte tas hensyn til størrelsen og typen mat som ble konsumert for å oppdage fiskens opprinnelse.

I populærkulturen

Deuterium markedsføres mye i online-spill OGame og Xspace hvor det brukes i forskningsprosesser, men også som drivstoff og energikilde (via fusjonskraftverk).
I Warhammer 40.000-universet bruker noen våpen deuterium.
I Star Trek- universet brukes deuterium i fremdriftssystemet til romfartøy.
I Stargate SG-1- universet brukes deuterium, ekstrahert fra tungt vann , til å drive et kontrollert fusjonskraftverk på planeten Euronda.
I Halo- universet brukes deuterium til å gi drivstoff til menneskelige fartøy i det normale rommet. Det tjener også til å selvdestruere karet ved å mette fusjonskammeret med deuterium.
I videospillet Deuteros: The Next Millennium , utgitt av Activision i 1991, og gitt ut på Amiga og Atari ST, vil spilleren utvinne forskjellige mineraler, inkludert deuterium for å erobre rommet.

Antideuterium

En anti-euteron er antimaterieekvivalenten til en deuteron ( hydron av deuterium), som består av et antiproton og et antineutron . Antideuteron ble først produsert i 1965 av Proton Synchrotron på CERN og av Alternating Gradient Synchrotron ved Brookhaven National Laboratory . Et helt atom, med en positron festet til kjernen, bør kalles anti-euterium, men per 2005 har anti-euterium ennå ikke blitt opprettet. Den foreslåtte symbol er antideuterium D .

Merknader og referanser

(fr) Denne artikkelen er helt eller delvis hentet fra den engelske Wikipedia- artikkelen med tittelen " Deuterium # Anti-deuterium " ( se listen over forfattere ) .

Merknader

I tillegg til deuterium, er de andre fire stabile atomer med oddetall protoner og nøytroner litium 6 , bor 10 , nitrogen 14 og tantal 180m .
Når symbolet D brukes i en kjemisk formel eller annen kontekst, blir H symbolet for protium og ikke lenger det for det kjemiske elementet hydrogen. For eksempel er HDO betegnet med formelen semi-tungt vann .
Deuterium kan også dannes av eksotiske radioaktiviteter, mellom mellom α radioaktivitet og spontan fisjon , og som kalles klyngeradioaktivitet .
0,3 mb finnes også i termiske nøytroner.

Referanser

(i) G. Audi og AH Wapstra, " The 1995 oppdatering til atommasse vurderingen " , Nuclear Physics A , vol. 595,1995, s. 409-480.
(in) IUPAC Commission on Nomenclature of Inorganic Chemistry, " Names for Muonium and Hydrogen Atoms and Their Ions " , Pure and Applied Chemistry , Vol. 73,2001, s. 377-380 ( DOI 10.1351 / pac200173020377 , les online [PDF] ).
(fr + en) " Les combustibles " , på ITER (åpnet 24. januar 2021 ) .
(in) Lawrence M. Krauss & Robert J. Scherrer " The End of Cosmology? » , Scientific American , mars 2008
Thérèse Encrenaz og James Lequeux, Utforskningen av planetene: Fra Galileo til i dag ... og utover , Paris, Belin , koll. "For vitenskap",2014, 223 s. ( ISBN 978-2-7011-6195-2 ) , kap. 10 (“Utfordringene med dagens planetologi”), s. 185.
(in) David R. Lide. ,, CRC Handbook of Chemistry and Physics, Internet Version 2005 , 2005
(in) DJ Kushner, Alison Baker, og TG Dunstall, " Farmakologiske anvendelser og perspektiver på tungt vann og deutererte forbindelser " , Can. J. Physiol. Pharmacol. , vol. 77, n o to 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 av størrelse og diett på stabile hydrogenisotopverdier (δD) i fisk: implikasjoner for å spore opprinnelsen til individer og deres matkilder . Canadian Journal Of Fisheries & Aquatic Sciences , 68 (11), 2011-2019. doi: 10.1139 / f2011-112
(in) Massam, T, Th. Muller , B. Righini , M. Schneegans og A. Zichichi , " Experimental observation of 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 of antideuteron " , Phys. Rev. Lett. , vol. 14, n o 24Juni 1965, s. 1003–1006 ( DOI 10.1103 / PhysRevLett.14.1003 , Bibcode 1965PhRvL..14.1003D )
(in) P Chardonnet , John Orloff og Peter Salati , " The generation of anti-matter in our galaxy " , Physics Letters B , vol. 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) Rask deuteriumutveksling i tiazoliumsalter. J. Am. Chem. Soc. 79, 1762