Tous les éléments ont des atomes comme unité de base, et un atome contient trois particules fondamentales, qui sont des électrons chargés négativement, des protons chargés positivement et des neutrons de particules neutres. Le nombre de protons et de neutrons présents dans le noyau est appelé le nombre de masse des éléments, et le nombre de protons est appelé le numéro atomique. Les mêmes éléments dont les atomes contiennent le même nombre de protons mais des nombres différents de neutrons sont appelés isotopes. Un exemple est l'hydrogène, qui a trois isotopes. C'est de l'hydrogène avec zéro neutron, du deutérium contenant un neutron et du tritium - il contient deux neutrons. Cet article se concentrera sur un isotope de l'hydrogène appelé deutérium, également connu sous le nom d'hydrogène lourd.
Qu'est-ce que le deutérium ?
Le deutérium est un isotope de l'hydrogène qui diffère de l'hydrogène par un neutron. En règle générale, l'hydrogène n'a qu'un seul proton, tandis que le deutérium a un proton et un neutron. Il est largement utilisé dans les réactionsdivision.
Le deutérium (symbole chimique D ou ²H) est un isotope stable de l'hydrogène présent dans la nature en très petites quantités. Le noyau de deutérium, appelé deutéron, contient un proton et un neutron, tandis que le noyau d'hydrogène, beaucoup plus courant, ne contient qu'un seul proton et aucun neutron. Par conséquent, chaque atome de deutérium a une masse qui est environ le double de celle d'un atome d'hydrogène ordinaire, et le deutérium est également appelé hydrogène lourd. L'eau dans laquelle les atomes d'hydrogène ordinaires sont remplacés par des atomes de deutérium est appelée eau lourde.
Caractéristiques principales
Masse isotopique du deutérium - 2, 014102 unités. Le deutérium a une demi-vie stable car c'est un isotope stable.
L'excès d'énergie du deutérium est de 13 135,720 ± 0,001 keV. L'énergie de liaison pour le noyau de deutérium est de 2224,52 ± 0,20 keV. Le deutérium se combine avec l'oxygène pour former du D2O (2H2O), également connu sous le nom d'eau lourde. Le deutérium n'est pas un isotope radioactif.
Le deutérium n'est pas dangereux pour la santé, mais peut être utilisé pour créer des armes nucléaires. Le deutérium n'est pas produit artificiellement, car il est naturellement abondant dans l'eau de mer et peut servir de nombreuses générations de personnes. Il est extrait de l'océan à l'aide d'un processus de centrifugation.
Hydrogène lourd
L'hydrogène lourd est le nom de l'un des isotopes supérieurs de l'hydrogène, comme le deutérium et le tritium. Mais le plus souvent, il est utilisé pour le deutérium. Sa masse atomique estenviron 2, et son noyau contient 1 proton et 1 neutron. Ainsi, sa masse est le double de celle de l'hydrogène normal. Le neutron supplémentaire dans le deutérium le rend plus lourd que l'hydrogène normal, c'est pourquoi on l'appelle hydrogène lourd.
L'hydrogène lourd a été découvert par Harold Urey en 1931 - cette découverte a reçu le prix Nobel de chimie en 1934. Urey a prédit la différence entre la pression de vapeur de l'hydrogène moléculaire (H2) et la molécule correspondante avec un atome d'hydrogène remplacé par du deutérium (HD), et donc la possibilité de séparer ces substances par distillation de l'hydrogène liquide. Le deutérium a été trouvé dans le résidu de la distillation de l'hydrogène liquide. Il a été préparé dans sa forme pure par G. N. Lewis en utilisant la méthode de concentration électrolytique. Lorsque l'eau est électrifiée, de l'hydrogène gazeux se forme, qui contient une petite quantité de deutérium, de sorte que le deutérium est concentré dans l'eau. Lorsque la quantité d'eau est réduite à environ cent millièmes de son volume d'origine par une électrolyse continue, de l'oxyde de deutérium presque pur, connu sous le nom d'eau lourde, est fourni. Cette méthode de préparation de l'eau lourde a été utilisée pendant la Seconde Guerre mondiale.
Étymologie et symbole chimique
Le nom "deutérium" vient du mot grec deuteros, qui signifie "second". Cela indique qu'avec un noyau atomique composé de deux particules, le deutérium est le deuxième isotope après l'hydrogène ordinaire (ou léger).
Deutérium est souvent désigné par la substance chimiquesymbole D. En tant qu'isotope de l'hydrogène avec un nombre de masse de 2, il est également représenté par H. La formule du deutérium est 2H. L'Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC) autorise à la fois D et H, bien que H soit préféré.
Comment obtenir du deutérium à partir de l'eau ?
La méthode traditionnelle de concentration du deutérium dans l'eau utilise l'échange d'isotopes dans le sulfure d'hydrogène gazeux, bien que de meilleures méthodes soient en cours de développement. La séparation de différents isotopes de l'hydrogène peut également être effectuée à l'aide de la chromatographie en phase gazeuse et de la distillation cryogénique, qui utilisent des différences de propriétés physiques pour séparer les isotopes.
Eau deutérium
L'eau de deutérium, également connue sous le nom d'eau lourde, est similaire à l'eau ordinaire. Il est formé par une combinaison de deutérium et d'oxygène et est désigné par 2H2O. L'eau de deutérium est plus visqueuse que l'eau ordinaire. L'eau lourde est 10,6 % plus dense que l'eau ordinaire, de sorte que la glace de l'eau lourde coule dans l'eau ordinaire. Pour certains animaux, l'eau de deutérium est toxique, tandis que d'autres peuvent survivre dans l'eau lourde, mais s'y développeront plus lentement que dans l'eau normale. L'eau de deutérium n'est pas radioactive. Le corps humain contient environ 5 grammes de deutérium et il est inoffensif. Si de l'eau lourde pénètre dans le corps en grande quantité (par exemple, environ 50 % de l'eau dans le corps devient lourde), cela peut entraîner un dysfonctionnement cellulaire et, finalement, la mort.
Différences dans l'eau lourde:
- Le point de congélation est de 3,82 °C.
- Températurele point d'ébullition est de 101,4 °C.
- La densité de l'eau lourde est de 1,1056 g/mL (l'eau normale est de 0,9982 g/mL).
- Le pH de l'eau lourde est de 7,43 (l'eau normale est de 6,9996).
- Il y a une légère différence de goût et d'odeur entre l'eau ordinaire et l'eau lourde.
Utilisation du deutérium
Les scientifiques ont développé de nombreuses utilisations du deutérium et de ses composés. Par exemple, le deutérium est un traceur isotopique non radioactif pour l'étude des réactions chimiques et des voies métaboliques. De plus, il est utile pour étudier les macromolécules par diffusion neutronique. Les solvants deutérés (comme l'eau lourde) sont couramment utilisés en spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) car ces solvants n'affectent pas les spectres RMN des composés à l'étude. Les composés deutérés sont également utiles pour la spectroscopie infrarouge femtoseconde. Le deutérium est également un combustible pour les réactions de fusion nucléaire, qui pourrait un jour être utilisé pour produire de l'électricité à l'échelle industrielle.
