Плотность дейтерия в кг м3

Изотопные модификации соединений водорода

Соединения изотопов водорода практически не различаются по химическим свойствам, но обладают довольно различными физическими свойствами (температура плавления, кипения, вес). Молекула D₂, состоит из двух атомов дейтерия. Вещество имеет следующие физические свойства:

• Температура плавления −254,5 °C (19,15 K).
• Температура кипения −249,5 °C (23,57K).
• Межъядерное расстояние 0,07416 нм.
• Энергия диссоциации (при 0K) 439,68 кДж/моль.

Содержание дейтерия в природном водороде — 0,011…0,016 ат.%[страница не указана 541 день]. Так, в морской воде у берегов соотношение атомных концентраций / составляет (1,55÷1,56)·10−4 (один атом дейтерия на 6410÷6450 атомов протия), в околоповерхностных водах — (1,32÷1,51)·10−4 (1:6600÷7600), в природном газе — (1,10÷1,34)·10−4 (1:7500÷9100).

По своим химическим свойствам соединения дейтерия имеют определённые особенности. Так, например, углерод-дейтериевые связи оказываются более «прочными», чем углерод-протиевые, из-за чего химические реакции с участием атомов дейтерия идут в несколько раз медленнее. Этим, в частности, обусловлена токсичность тяжёлой воды (вода состава D₂O называется тяжёлой водой из-за большой разницы в массе протия и дейтерия).

Приложения

Дейтерий и его соединения полезны для множества применений. Например, в химии и биохимии дейтерий используется в качестве нерадиоактивного изотопного индикатора в молекулах для изучения химических реакций и метаболических путей. Химически дейтерий ведет себя так же, как обычный водород, но его можно отличить от обычного водорода по его массе с помощью масс-спектрометрии или инфракрасной спектрометрии.

Методы нейтронного рассеяния особенно выигрывают от доступности дейтерированных образцов. Сечения H и D очень четкие и различаются по знаку, что позволяет варьировать контраст в таких экспериментах. Кроме того, неприятной проблемой обычного водорода является его большое некогерентное нейтронное сечение, которое равно нулю для D и дает гораздо более четкие сигналы в дейтерированных образцах. Водород присутствует практически во всех органических и биохимических веществах, но его нельзя увидеть методами дифракции рентгеновских лучей. Водород можно увидеть с помощью дифракции и рассеяния нейтронов, что делает рассеяние нейтронов вместе с современным оборудованием для дейтерирования незаменимым для многих исследований макромолекул в биологии и других областях.

Дейтерированные растворители (включая тяжелую воду и соединения, такие как дейтерированный хлороформ, CDCl)₃) используются в водородной спектроскопии ядерного магнитного резонанса (протонный ЯМР). ЯМР обычно требует анализа интересующих соединений после растворения в растворе. Поскольку ядерные спиновые свойства дейтерия отличаются от свойств легкого водорода, присутствующего в органических молекулах, спектры ЯМР водорода / протия четко отличаются от спектров дейтерия. На практике дейтерий не «видит» прибор ЯМР, настроенный на легкий водород. Таким образом, дейтерированный растворитель позволяет измерить спектр легкого водорода интересующего соединения без вмешательства со стороны растворителя.

Дейтерированные соединения также можно использовать для фемтосекундной инфракрасной спектроскопии, потому что разница масс (по сравнению с соединениями, содержащими протий) резко влияет на частоту молекулярных колебаний. Колебания связи дейтерий-углерод обнаруживаются в местах, свободных от других сигналов.

Дейтерий является топливом для реакций ядерного синтеза, особенно в сочетании с тритием, из-за высокой скорости реакции (или ядерного поперечного сечения) и высокого выхода энергии реакции D-T. В отличие от протия, дейтерий подвергается синтезу исключительно в результате сильного взаимодействия, что делает возможным его использование в коммерческих целях.

Измерения небольших вариаций естественного содержания дейтерия и стабильных тяжелых изотопов кислорода

17O и 18O, имеют важное значение в гидрологии, чтобы проследить географическое происхождение вод Земли. Тяжелые изотопы водорода и кислорода в дождевой воде (также называемой метеорной водой) обогащаются в зависимости от температуры окружающей среды в регионе, в котором выпадают осадки (и, таким образом, обогащение связано со средней широтой)

Относительное обогащение тяжелыми изотопами в дождевой воде (по отношению к средней воде океана), если строить график в зависимости от температуры, предсказуемо падает вдоль линии, называемой глобальной линией метеорной воды (GMWL). Этот график позволяет идентифицировать образцы воды, образовавшейся в результате атмосферных осадков, а также общую информацию о климате, в котором они возникли. Процессы испарения и другие процессы в водоемах, а также процессы в грунтовых водах также по-разному изменяют соотношения тяжелых изотопов водорода и кислорода в пресных и соленых водах характерными и часто регионально различимыми способами.

Протон и нейтрон, составляющие ядро ​​дейтерия, могут быть диссоциированы посредством взаимодействия нейтрального тока с нейтрино.Сечение этого взаимодействия сравнительно велико, и дейтерий успешно использовался в качестве нейтринной мишени в эксперименте нейтринной обсерватории Садбери.

Получение

Мировое производство дейтерия — десятки тысяч тонн в год. Крупнейшими производителями тяжёлой воды в мире являются Индия, Китай и Иран. В промышленности для получения тяжелой воды (обогащения воды дейтерием) в своей основе служат процессы ионного обмена, в особенности Girdler Sulfide process, использующий изотопный обмен между водой и сероводородом или между водородом и аммиаком. Также используется многоступенчатый электролиз воды, ректификация жидкого водорода. При электролизе 100 л воды выделяется 7,5 мл 60-процентного D₂O.

Содержание дейтерия в природной воде в 1,03 раза больше, чем в паре (это коэффициент разделения для данной смеси). Поэтому при неоднократном кипячении природной воды с постоянным добавлением новой к остатку кипячения в чайнике постепенно будет происходить накопление тяжелой воды. Однако очень медленное, поэтому даже при большом количестве повторений этого процесса содержание тяжелой воды не станет опасным для здоровья, вопреки предположению В. В. Похлёбкина в книге «Чай. Его типы, свойства, употребление», вышедшей в 1968 году. Академик Игорь Васильевич Петрянов-Соколов как-то подсчитал, сколько воды должно испариться из чайника, чтобы в остатке заметно повысилось содержание дейтерия. Оказалось, что для получения 1 литра воды, в которой концентрация дейтерия равна 0,15 %, то есть всего в 10 раз превышает природную, в чайник надо долить в общей сложности 2,1⋅1030 тонн воды, что в 300 млн раз превышает массу Земли.

Таблица плотности веществ

Представлена таблица плотности веществ при температуре 5…30°С. Рассмотрены такие вещества, как:

• металлы и сплавы;
• строительные материалы;
• пластики и резина;
• горные породы и минералы;
• пищевые продукты;
• разнообразные стекла;
• древесина различных пород.

В таблице содержится более 500 веществ и материалов, находящихся преимущественно в твердом состоянии. Плотность твердых веществ в кристаллическом и аморфном состояниях характеризуется плотностью упаковки их молекул и атомов и в общем случае определяется отношением массы вещества к занимаемому им объему.

Плотность в таблице приведена в основном для твердых сухих веществ (если не указано иное) в размерности кг/м 3 . С плотностью веществ в других агрегатных состояниях можно ознакомиться в таблице плотности жидкостей, а также изучить таблицу плотности газов и паров.

Для удобства пользования вещества в таблице расположены в алфавитном порядке. Причем в многословных названиях, как правило, на первое место поставлено существительное, а за ним определяющее прилагательное, например «дуб свежесрубленный». Исключения представляют широко распространенные или составные названия, например «асфальтобетон».

Для некоторых веществ в таблице указана насыпная плотность — масса единицы объема свободно насыпанного материала, пример — семена конопли насыпью, грунт. Насыпная плотность зависит от размера зерен материала, их формы и степени уплотнения. Так, насыпная плотность щебня и гравия в зависимости от размера гранул может изменяться на 5…10%, а при уплотнении плотность этих веществ становится больше на 5…15%.

Таблица плотности веществ

1. Физические величины. Справочник Бабичев А. П. и др.; Под ред. Григорьева И.С. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
2. Енохович А. С. Справочник по физике. М.: Просвещение, 1978. — 415 с.
3. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. Учебник для вузов — М.: Энергия, 1975.
4. Франчук А. У. Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов — М.: НИИ строительной физики, 1969 — 142 с.
5. Макаров Е. В., Светлаков Н. Д. Справочные таблицы весов строительных материалов, М., 1971 — 45 с.
6. Строительная теплотехника СНиП II-3-79. Минстрой России — М., 1995.
7. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е. М.: Энергия, 1977. — 344 с.
8. Новиченок Н. Л., Шульман З. П. Теплофизические свойства полимеров. Минск: Наука и техника, 1971. — 120 с.

Características principales

Различие между дейтерием и водородом связано с разницей в количестве нейтронов, которые у него есть. По этой причине дейтерий считается стабильным изотопом и может быть найден в соединениях, образованных водородом полностью природного происхождения. Необходимо учитывать, что хотя они и естественного происхождения, но встречаются в небольшой пропорции. Учитывая свойства, которые он так похож на обычный водород, может полностью заменить его в реакциях, в которых он участвует. Таким образом, его можно превратить в эквивалентные вещества.

По этой и другим причинам дейтерий имеет большое количество применений в различных областях науки. С годами он стал одним из важнейших элементов исследований и достижений в области технологий и информации.

Основная структура этого изотопа состоит из ядра, в котором есть протон и нейтрон. Его атомный вес составляет около 2,014 граммов. Этот изотоп был открыт в 1931 году благодаря Гарольду К. Юри, химику из Соединенных Штатов, и его сотрудникам Фердинанду Брикведде и Джорджу Мерфи. Подготовка к встрече с дейтерием в чистом виде была впервые успешно проведена в 1933 году. Уже в 50-х годах начали использовать твердую фазу, которая продемонстрировала высокую стабильность, известную как дейтерид лития. Это вещество могло заменить дейтерий и тритий в большом количестве химических реакций.

Успехи в науке достигаются, когда обнаруживается вещество, которое может способствовать химическим реакциям с образованием продуктов. В этом смысле, если вы изучите распространенность этого изотопа, вы сможете наблюдать определенные вещи. Известно, что доля дейтерия в воде незначительно меняется в зависимости от области, где отбирается проба. Есть некоторые спектроскопические исследования, которые определили существование этого изотопа на других планетах нашей галактики. Это может иметь большое значение для изучения состава других небесных тел.

Природное изобилие

Что такое водород

Водород — это химический элемент с атомным номером 1. Это первый элемент периодической таблицы элементов. Он состоит из одного протона в его ядре. Стандартная атомная масса водорода составляет 1, 00794 ед. Водород — самый легкий элемент на земле. Атом водорода может быть представлен как 1₁ H.

Рисунок 1: Химическая структура водорода .

Водородный элемент имеет три основных изотопа. Это протий, дейтерий и тритий. Протий является наиболее распространенной формой среди этих трех изотопов. Обилие его составляет около 99%. Поэтому он считается нормальным водородом. Атом протия состоит из протона и не имеет нейтронов. Один электрон может наблюдаться, когда он не находится в связи. Электронная конфигурация водорода равна 1 с 1 . Он имеет только одну орбиту и не имеет p орбиталей.

Водород чаще всего находится в виде газа H ₂ или в жидкой форме, как вода (H ₂ O). Когда водород находится в газообразной форме Н ₂, он легко воспламеняется и может гореть. Поэтому его используют при переработке ископаемого топлива. Водород также используется в качестве основного реагента при производстве аммиака. Еще одним важным применением водорода является его использование в качестве охлаждающей жидкости для генераторов на электростанциях.

Применение

Наибольшие количества дейтерия применяются в атомной энергетике. Он обладает лучшими свойствами замедления нейтронов. В смеси с тритием или в соединении с литием-6 (гидрид лития 6LiD) применяют для термоядерной реакции в водородных бомбах. При взрыве происходят реакции: D (d, γ) 4He, D (t, n) 4He Также применяется в качестве меченого стабильного индикатора в химических, биологических и других лабораторных исследованиях и технике. Перспективным также представляется применение дейтерия (в смеси с тритием) для получения высокотемпературной плазмы, необходимой для осуществления управляемого термоядерного синтеза (см. проект ITER).

С некоторых пор дейтерий используется в медицине компаниями, разрабатывающими лекарства, которые с его помощью пытаются увеличить время метаболизма лекарства, то есть замедлить его вывод из организма, это замедление в модифицированных дейтерием лекарствах наблюдается благодаря первичному дейтериевому изотопному эффекту — уменьшению скорости реакции разрыва углерод-дейтериевых связей по сравнению с углерод-протиевыми.

Также дейтерий используется в нейтронных генераторах.

Ядро — дейтерий

Ядро дейтерия состоит из протона и нейтрона. Как частица, дейтон совершенно устойчив. Этот пример показывает, что понятия устойчивости и элементарности — не тождественны.
 

Ядро дейтерия, соединяясь с достаточно близко подошедшим к нему протоном, образует новую частицу — ядро изотопа гелия Не3, содержащее два протона и нейтрон.
 

Ядра дейтерия или гелия из протонов образуются довольно медленно — миллионы лет.
 

Ядро дейтерия с энергией WD 3 25 МэВ сталкивается с таким же неподвижным ядром. При соударении происходит реакция D D — 3He n, при которой выделяется дополнительная энергия W. Определить W, если в лабораторной системе отсчета нейтрон покоится.
 

Ядра дейтерия и трития включают, кроме того, один и два нейтрона соответственно.
 

Ядра дейтерия и трития называют дейтоном ( дейтроном) и тритоном; обозначения: дейтона D2, d или iH2, тритона iT3, t или iH3; масса ( см. на стр.
 

Ядра дейтерия имеют спин, равный 1, и являются бозонами. Так как полные волновые функции Ф молекулы D2 относятся к типу симметрии Г ( я) группы G, требуется построить функции Ф, относящиеся только к этому типу симметрии.
 

Ядро дейтерия состоит из протона и нейтрона. Как частица, дейтон совершенно устойчив. В то же время составная часть дей-тона, нейтрон, — радиоактивен, т.е. неустойчив. Этот пример показывает, что понятия устойчивости и элементарности — не тождественны.
 

Ядра дейтерия и трития летят навстречу друг другу таким образом, что центр масс этих частиц остается неподвижным.
 

Ядро дейтерия сталкивается и вступает в реакцию с ядром трития. Предполагается осуществить этот процесс, ускорив перед столкновением лишь одну частицу до энергии Е 20 кэВ, оставив вторую неподвижной.
 

Ядро дейтерия — дейтрон — состоит из одного протона и одного нейтрона. Ядро трития состоит из одного протона и двух нейтронов.
 

Ядра дейтерия и трития включают, кроме того, один и два нейтрона соответственно.
 

Так как ядро дейтерия состоит из двух элементарных частиц-протона и нейтрона, в то время как ядро водорода состоит только из протона, то на основании изложенного ясно, что ядра дейтерия должны подчиняться статистике Бозе-Эйнштейна; иными словами, собственная функция в этом случае должна быть симметричной. Ядерный спин дейтерия равен единице, и поэтому соответствующие множители равны 6 для орто — и 3 для пара-состояний.
 

Поэтому заряд ядра дейтерия, так же как водорода, равен единице.
 

При облучении ядрами дейтерия ( дейтонами) тяжелой фосфорной кислоты DsPCU и нашатыря ND4C1, в котором обычный водород был также замещен дейтерием, в изобилии возникали молниеносные частицы двоякого рода: сколько получалось частиц первого рода, столько же и частиц второго рода.
 

Приложения

Благодаря своим свойствам дейтерий используется в самых разных областях, в которых участвует водород. Некоторые из этих применений описаны ниже:

— В области биохимии он используется в изотопной маркировке, которая заключается в «маркировке» образца выбранным изотопом для отслеживания его прохождения через определенную систему.

— В ядерных реакторах, которые проводят реакции синтеза, он используется для уменьшения скорости, с которой движутся нейтроны, без их сильного поглощения, которое имеет обычный водород.

— В области ядерного магнитного резонанса (ЯМР) растворители на основе дейтерия используются для получения образцов этого типа спектроскопии без наличия помех, возникающих при использовании гидрогенизированных растворителей.

— В области биологии макромолекулы изучаются с помощью методов рассеяния нейтронов, когда образцы, снабженные дейтерием, используются для значительного снижения шума в этих контрастных свойствах.

— В области фармакологии используется замена дейтерия водородом из-за генерируемого кинетического изотопного эффекта, который позволяет этим лекарствам иметь более длительный период полураспада.

Структура и происхождение дейтерия

Мы собираемся узнать некоторые факты о дейтерии. Как мы уже упоминали ранее, основное различие между изотопами водорода заключается в их структуре. И в том, что водород, дейтерий и тритий имеют разное количество протонов и нейтронов, поэтому они имеют разные химические свойства

Я также должен принять во внимание, что дейтерий, который существует внутри других звездных тел, удаляется с большей скоростью, чем он возникает. Это одна из причин, почему так сложно изучить присутствие дейтерия в звездных телах

Считается, что другие явления природы образуют небольшое количество дейтерия, поэтому его производство по-прежнему вызывает значительный интерес. Исходя из упомянутого ранее процента присутствия дейтерия в природе, он не составляет 0.02%. Серия научных исследований показала, что подавляющее большинство атомов, образованных из дейтерия, естественным образом возникло в результате взрыва, который дал начало Вселенной, известной как Большой взрыв. Это одна из основных причин, почему считается, что дейтерий присутствует на больших планетах, таких как Юпитер.

Самый распространенный способ получить этот изотоп естественным путем — соединить его с водородом. Когда это произойдет, он будет объединен в виде протия. Ученым интересно знать взаимосвязь, установленную между долей дейтерий и водород в разных областях науки. Он широко изучается в таких областях науки, как астрономия или климатология. В этих отраслях у него есть некоторые практические полезности, чтобы знать и понимать Вселенную и нашу атмосферу.

История открытия и изучения

Дейтерий был открыт в 1932 году Гарольдом Юри и его коллегами спектральным методом.

Резерфорд, недовольный предложенным открывателями названием «дейтон», предложил вариант названия — «диплоген», а ядро, соответственно, — «диплон».

Учёные высказывали гипотезу о существовании стабильных изотопов лёгких элементов ещё в 1913 году при изучении неона. Существование этих изотопов было доказано в 1920 году методом масс-спектрометрии. Правда, в то время преобладала теория, согласно которой изотопы различались числом «внутриядерных электронов» различных атомов элемента (нейтрон был открыт позже — в 1932 году). Измерения относительной атомной массы водорода дали значение, близкое к 1 а. е. м., которое равно массе протона. Поэтому предполагалось, что водород не может содержать внутриядерный электрон, иначе он скомпенсирует заряд ядра. Таким образом, считалось, что у водорода нет тяжёлых изотопов.

Дейтерий впервые был открыт химиком Гарольдом Юри, работавшим в Колумбийском университете в конце 1931 года. Фердинанд Брикведде, который помогал Юри, провёл дистилляцию пяти литров жидкого водорода, полученного в криогенном цикле. Брикведде работал в новой лаборатории низких температур, открытой в Национальном бюро стандартов и весов США (NIST). В результате объём жидкости составил 1 мл. Ранее такая же методика использовалась для наработки тяжелых изотопов неона. Техника испарения жидкого водорода позволила увеличить долю изотопа водорода с массой 2 до такой степени, чтобы его можно было надежно зарегистрировать методами спектроскопии.

15 июня 1933 года Юри, Мерфи и Брикведде направили письмо редактору научного журнала «The Journal of Chemical Physics», в котором предложили названия для изотопов водорода — протий (англ. protium), дейтерий (англ. deuterium) и тритий (англ. tritium; в случае его открытия, поскольку на тот момент тритий ещё не был открыт), в письме они отмечали, что произвели первые два названия от греческих слов «protos» («первый») и «deuteros» («второй»). В 1934 году Юри была присуждена Нобелевская премия по химии за открытие дейтерия.

Применение дейтерия

Ученые разработали множество вариантов использования для дейтерия и его соединений. Например, дейтерий — это нерадиоактивный изотопный индикатор для изучения химических реакций и метаболических путей. Кроме того, он полезен для изучения макромолекул с помощью рассеивания нейтронов. Дейтерированные растворители (как тяжелая вода) обычно используются в спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР), поскольку эти растворители не влияют на спектры ЯМР исследуемых соединений. Дейтерированные соединения также полезны для фемтосекундной инфракрасной спектроскопии. Дейтерий также является топливом для реакций ядерного синтеза, которые когда-нибудь могут быть использованы для производства электроэнергии в промышленных масштабах.

>

Основные характеристики

Изотопная масса дейтерия — 2,014102 ед. Дейтерий имеет стабильный период полураспада, поскольку он является стабильным изотопом.

Избыточная энергия дейтерия составляет 13 135,720 ± 0,001 кэВ. Энергия связывания для ядра дейтерия — 2224,52 ± 0,20 кэВ. Дейтерий соединяется с кислородом с образованием D2O (2Н2О), так же известном, как тяжелая вода. Дейтерий – это не радиоактивный изотоп.

Дейтерий не опасен для здоровья, но может быть использован для создания ядерного оружия. Дейтерий не производится искусственно, так как он естественным образом в большом количестве присутствует в океанской воде и может служить многим поколениям людей. Его извлекают из океана, используя процесс центрифугирования.

Ядро дейтерия как изоспиновый синглет

Учитывая, что протон и нейтрон похожи друг на друга по массе и ядерным свойствам, их иногда считают двумя симметричными типами одного и того же объекта: нуклон. Хотя только протон имеет электрический заряд, для ядерных взаимодействий им часто пренебрегают из-за слабости электромагнитного взаимодействия по сравнению с сильным ядерным взаимодействием. Симметрия, связывающая протон и нейтрон, известна как изоспин, обозначается символом.

Симметрия изоспина — SU (2), как и у обычного спина, поэтому они взаимно аналогичны. Протон и нейтрон образуют изоспиновый дублет, причем «нижнее» состояние является нейтроном, а «верхнее» состояние — протоном.

Пара нуклонов может находиться либо в антисимметричном состоянии изоспина, называемом синглетом, либо в симметричном состоянии, называемом триплетом. В терминах состояния «вниз» и «вверх» синглет можно записать как

Это ядро ​​с одним протоном и одним нейтроном, то есть стабильное ядро ​​дейтерия.

Тройку можно записать как

Триплетное состояние состоит из трех типов ядер: высоковозбужденное состояние ядра дейтерия; ядро с двумя протонами; и ядро ​​с двумя нейтронами. Эти три типа ядер нестабильны или почти не стабильны.

Что такое Дейтерий что это за элемент и где он находится в таблице Менделеева?

Поэтому предполагалось, что водород не может содержать внутриядерный электрон, иначе он скомпенсирует заряд ядра. Таким образом, считалось, что у водорода нет тяжёлых изотопов. Дейтерий впервые был открыт химиком Гарольдом Юри, работавшим в Колумбийском университете в конце 1931 года. Фердинанд Брикведде , который помогал Юри, провёл дистилляцию пяти литров жидкого водорода, полученного в криогенном цикле. В результате объём жидкости составил 1 мл. Ранее такая же методика использовалась для наработки тяжелых изотопов неона. Техника испарения жидкого водорода позволила увеличить долю изотопа водорода с массой 2 до такой степени, чтобы его можно было надежно зарегистрировать методами спектроскопии .

В 1934 году Юри была присуждена Нобелевская премия по химии за открытие дейтерия. Применение править Наибольшие количества дейтерия применяются в атомной энергетике .

Однако очень медленное, поэтому даже при большом количестве повторений этого процесса содержание тяжелой воды не станет опасным для здоровья, вопреки предположению В. Похлебкина в книге «Чай. Его типы, свойства, употребление», вышедшей в 1968 году . История открытия и изучения Дейтерий был открыт в 1932 году Гарольдом Юри и его сотрудниками спектральным методом. Резерфорд , недовольный предложенным открывателями названием «дейтон» , предложил вариант названия — «диплоген», а ядро, соответственно, — «диплон». Учёные высказывали гипотезу о существовании стабильных изотопов лёгких элементов ещё в 1913 году при изучении неона. Существование этих изотопов было доказано в 1920 году методом масс-спектрометрии. Правда, в то время преобладала теория, согласно которой изотопы различались числом «внутриядерных электронов» различных атомов элемента нейтрон был открыт позже — в 1932 году.

Измерения относительной атомной массы водорода дали значение, близкое к 1 а. Поэтому предполагалось, что водород не может содержать внутриядерный электрон, иначе он скомпенсирует заряд ядра.

Человек может без видимого вреда для здоровья выпить несколько стаканов тяжёлой воды, весь дейтерий будет выведен из организма через несколько дней. Чем тритий отличается от дейтерия?

Существует три изотопа водорода: Протий, Дейтерий и Тритий. Ключевое различие между Протием и Дейтерием состоит в том, что у Протия нет нейтронов в его атомном ядре, тогда как у Дейтерия есть один нейтрон. Поэтому эти три изотопа отличаются друг от друга по количеству нейтронов, присутствующих в их атомном ядре. Что такое Протий дейтерий и тритий?

Такой атом водорода иначе называют «протий» и обозначают символом H. Есть еще тритий — сверхтяжелый водород, в ядре атома которого, кроме протона, присутствуют 2 нейтрона. Электрон у трития тоже один. Чем опасен тритий?

Непосредственно сам тритий не представляет угрозы радиационной опасности, пока он заключён в герметичные трубки, непроницаемые для водорода. Опасность облучения возникает при его вдыхании, глотании или любом другом способе попадания внутрь организма. Как получить тяжелую воду? Получают тяжелую воду многократным электролизом воды, она накапливается в остатке электролита.

Лига Химиков Дейтерий, что это? И почему он «светится»? Соответственно атомная масса дейтерия вдвое больше — 2,0141. Принятое обозначение — 2H1 или D. Эта изотопная форма также стабильна, так как в процессах сильного взаимодействия в ядре протон и нейтрон постоянно превращаются друг в друга, и последний не успевает претерпеть распад. Также как и протий, дейтерий это газ, который состоит из миллиардов и миллиардов атомов. Каждый атом дейтерия имеет на орбите вокруг ядра электрон. Когда мы включаем катушку Теслы в сеть, ампулка оказывается в электромагнитном поле катушки, электроны начинают перескакивать с атома на атом, как им и положено при прохождении тока.

Различия между протием и дейтерием

Химический символ

ИЮПАК рекомендует представлять символ дейтерий 2 H, чтобы сохранить однородность их имен, но терпимо символ D широко используется. Причина такой толерантности кроется в том факте, что из всех химических элементов водород — это тот, изотопы которого имеют самые высокие относительные различия масс. Это не без последствий для их соответствующих физико-химических свойств. Атомная масса протия 1 H составляет 1,007 825 032 14 ед., А дейтерия 2 H — 2,014 101 777 99 ед .

Природное изобилие

Дейтерий существует в природе в следовых количествах (обычно 0,015% в количестве (количестве атомов) относительно протия ), возможно, в форме дидейтерия D _2. , но его наиболее распространенной формой во Вселенной является дейтерид водорода (HD или 1 H- 2 H), в котором атом дейтерия связан с атомом протия простой электронной связью. Массовая доля дейтерия в чистой воде при 20 ° C близка к 33,5 г / м 3, а в морской воде — 32,4 г / м 3 .

Присутствие дейтерия на Земле, в остальной части Солнечной системы и в спектре звезд является важным фактом физической космологии , потому что ядра 2 H могут образоваться только в количествах, наблюдаемых во время первичного нуклеосинтеза . Присутствие небольшой, но постоянной доли дейтерия везде, где водород находится во Вселенной (за исключением газовых гигантов, которые имеют повышенную концентрацию дейтерия, но чей относительный размер остается очень маленьким по сравнению с размером Вселенной), является аргументом в пользу теории Большого взрыва по сравнению с теорией стационарного состояния : считается, что относительное содержание дейтерия по отношению к водороду оставалось практически постоянным с момента первичного нуклеосинтеза 13,7 миллиарда лет назад.

Отношение содержания дейтерия к протию в начале истории Солнечной системы оценивается в 2,1 × 10 −5 , значения на Венере и Марсе соответственно в 120 раз и в пять раз выше, чем на Земле, что составляет интерпретируется как след прошлого присутствия воды на этих двух планетах.

Физико-химические свойства и физиологические эффекты

По сравнению с протием дейтерий немного более вязкий и с химической точки зрения проявляет значительный изотопный эффект : он немного менее реакционноспособен, чем протий, и образует связи ( ковалентная связь и водородная связь ) немного прочнее. Поглощение тяжелой воды, а не природной воды имеет последствия для организма: эксперименты на лабораторных животных показали, что наиболее заметные эффекты проявляются сначала в быстро делящихся клетках, влияя на митозы и тем самым ускоряя деградацию тканей (см. Тяжелая вода ).

Проблемы с пищеварением начинают возникать у животных с физиологической степенью замещения около 25%, а также проблемы с бесплодием из-за того, что мейоз блокируется в такой же степени, как и митозы. Было замечено, что в этих условиях растения перестают расти, а семена перестают прорастать. При уровне дейтерирования около 50% эукариоты страдают от летальных повреждений (у животных, в частности, от тяжелой кишечной и костной недостаточности), в то время как прокариоты выживают в чистой тяжелой воде, очевидно, из-за замедленного роста.

Приложения

• Человек может сконцентрировать тяжелую воду . Он в основном используются в качестве нейтронного замедлителя в ядерных реакторах канадского типа ( тип Candu реакторов типа ) или Аргентина (два реакторов PHWR , разработанных Siemens ). Дейтерий имеет поперечное сечение 0,53 м б для тепловых нейтронов (образование трития) и 7 × 10 -3 мбар для быстрых нейтронов. Основным «производителем» дейтерия (путем обогащения или концентрации дейтерия, используемого в тяжелой воде в качестве поглотителя нейтронов в некоторых типах ядерных реакторов) была Канада до 1997 года, когда закрылся ее последний завод; поскольку Индия взяла бы на себя управление, также как часть своей ядерной промышленности.
• Дейтерий используется и будет использоваться в будущих управляемых термоядерных реакторах , поскольку он является одним из двух основных элементов термоядерного топлива, а другим является тритий . Следовательно, дейтерий является ядерным материалом, владение которым регулируется (статья R1333-1 Кодекса обороны).

Дейтерированные растворители (растворители, в которых проти заменены дейтерием) широко используются в протонном ЯМР , потому что их преимущество заключается в том , что они не появляются в спектре; фактически резонансная частота дейтерия отличается от резонансной частоты протия.
Было предложено использовать отношения стабильных изотопов водорода (дельта D или δD) для отслеживания происхождения пищи определенных животных и, например, для определения происхождения рыбы в водоразделе, что предполагало отсутствие метаболических или трофический эффект на «дельту D» тканей. исследование показало (2011 г.), что 4 рыбы, выросшие в одной и той же среде, тем не менее показали (в зависимости от их размера и трофического положения) очень разные значения δD (по мнению авторов, объяснение могло быть метаболическим эффектом и / или совокупная дельта D окружающей воды на заменяемом H на каждой трофической стадии)

Этот эксперимент показал, что необходимо принимать во внимание размер и тип потребляемой пищи, чтобы определить происхождение рыбы.

Магнитные и электрические мультиполи

Чтобы найти теоретическое значение магнитного дипольного момента дейтрона, используется формула для ядерного магнитного момента

с участием

грамм(l) и г(s) — g-факторы нуклонов.

Поскольку протон и нейтрон имеют разные значения для g(l) и г(s), необходимо разделить их вклады. Каждый из них получает половину орбитального углового момента и спина дейтерия. Один прибывает в

где нижние индексы p и n обозначают протон и нейтрон, а g(l)_п = 0.

Используя те же тождества, что и здесь, и значение g(l)_п = 1 в единицах ядерных магнетонов, мы приходим к следующему результату в единицах ядерных магнетонов

Для s =1, л = 0 состояние, j = 1 и получаем, в единицах ядерных магнетонов

Для s =1, л = 2 состояния с j = 1 получаем, в единицах ядерных магнетонов

Измеренное значение магнитного дипольного момента дейтерия в ядерных магнетонных единицах составляет 0,857. Это говорит о том, что состояние дейтерия действительно только приблизительно. s =1, л = 0, и фактически представляет собой линейную комбинацию (в основном) этого состояния с s =1, л = 2 состояния.

Электрический диполь, как обычно, равен нулю.

Измеренный электрический квадруполь дейтерия составляет 0,2859 e Fm², где e — электрический заряд протона, а fm — ферми. Хотя порядок величины является разумным, поскольку радиус дейтерия составляет порядка 1 ферми (см. Ниже), а его электрический заряд равен e, вышеуказанной модели недостаточно для ее расчета. В частности, электрический квадрополь не получает вклада от л = 0 (которое является доминирующим) и действительно получает вклад от члена, смешивающего л = 0 и л = 2 состояний, поскольку электрический квадрупольный оператор не коммутирует с угловым моментом. Последний вклад является доминирующим при отсутствии чистого л = 0, но не может быть вычислен без знания точной пространственной формы волновой функции нуклонов внутри дейтерия.

Высшие магнитные и электрические мультипольные моменты не могут быть рассчитаны с помощью вышеуказанной модели по аналогичным причинам.