Todos los elementos tienen átomos como su unidad básica, y un átomo contiene tres partículas fundamentales, que son electrones cargados negativamente, protones cargados positivamente y neutrones de partículas neutras. El número de protones y neutrones presentes en el núcleo se llama número másico de elementos, y el número de protones se llama número atómico. Los mismos elementos cuyos átomos contienen el mismo número de protones pero distinto número de neutrones se denominan isótopos. Un ejemplo es el hidrógeno, que tiene tres isótopos. Esto es hidrógeno con cero neutrones, deuterio que contiene un neutrón y tritio, que contiene dos neutrones. Este artículo se centrará en un isótopo de hidrógeno llamado deuterio, también conocido como hidrógeno pesado.
¿Qué es el deuterio?
El deuterio es un isótopo de hidrógeno que difiere del hidrógeno en un neutrón. Por lo general, el hidrógeno tiene solo un protón, mientras que el deuterio tiene un protón y un neutrón. Es ampliamente utilizado en reacciones.división.
El deuterio (símbolo químico D o ²H) es un isótopo estable de hidrógeno que se encuentra en la naturaleza en cantidades extremadamente pequeñas. El núcleo de deuterio, llamado deuterón, contiene un protón y un neutrón, mientras que el núcleo de hidrógeno, mucho más común, contiene solo un protón y ningún neutrón. Por lo tanto, cada átomo de deuterio tiene una masa que es aproximadamente el doble de la de un átomo de hidrógeno ordinario, y el deuterio también se denomina hidrógeno pesado. El agua en la que los átomos de hidrógeno ordinarios son reemplazados por átomos de deuterio se denomina agua pesada.
Características principales
Masa isotópica de deuterio - 2, 014102 unidades. El deuterio tiene una vida media estable porque es un isótopo estable.
El exceso de energía del deuterio es 13.135,720 ± 0,001 keV. La energía de enlace para el núcleo de deuterio es 2224,52 ± 0,20 keV. El deuterio se combina con el oxígeno para formar D2O (2H2O), también conocida como agua pesada. El deuterio no es un isótopo radiactivo.
El deuterio no es peligroso para la salud, pero puede usarse para crear armas nucleares. El deuterio no se produce artificialmente, ya que es naturalmente abundante en el agua del océano y puede servir a muchas generaciones de personas. Se extrae del océano mediante un proceso de centrifugación.
Hidrógeno pesado
Hidrógeno pesado es el nombre de cualquiera de los isótopos superiores del hidrógeno, como el deuterio y el tritio. Pero más a menudo se usa para el deuterio. Su masa atómica esaproximadamente 2, y su núcleo contiene 1 protón y 1 neutrón. Por lo tanto, su masa es el doble de la del hidrógeno normal. El neutrón extra en el deuterio lo hace más pesado que el hidrógeno normal, razón por la cual se llama hidrógeno pesado.
El hidrógeno pesado fue descubierto por Harold Urey en 1931; este descubrimiento le valió el Premio Nobel de Química en 1934. Urey predijo la diferencia entre la presión de vapor del hidrógeno molecular (H2) y la correspondiente molécula con un átomo de hidrógeno reemplazado por deuterio (HD), y por lo tanto la posibilidad de separar estas sustancias por destilación de hidrógeno líquido. Se encontró deuterio en el residuo de la destilación de hidrógeno líquido. Fue preparado en su forma pura por G. N. Lewis utilizando el método de concentración electrolítica. Cuando se electrifica el agua, se forma hidrógeno gaseoso, que contiene una pequeña cantidad de deuterio, por lo que el deuterio se concentra en el agua. Cuando la cantidad de agua se reduce a unas cienmilésimas de su volumen original mediante electrólisis continua, se obtiene óxido de deuterio casi puro, conocido como agua pesada. Este método de preparación de agua pesada se utilizó durante la Segunda Guerra Mundial.
Etimología y símbolo químico
El nombre "deuterio" proviene de la palabra griega deuteros, que significa "segundo". Esto indica que con un núcleo atómico que consta de dos partículas, el deuterio es el segundo isótopo después del hidrógeno ordinario (o ligero).
El deuterio a menudo se denota por el químicosímbolo D. Como isótopo de hidrógeno con un número de masa de 2, también se representa como H. La fórmula del deuterio es 2H. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) permite tanto D como H, aunque se prefiere H.
¿Cómo obtener deuterio del agua?
El método tradicional de concentración de deuterio en el agua utiliza el intercambio de isótopos en gas de sulfuro de hidrógeno, aunque se están desarrollando mejores métodos. La separación de diferentes isótopos de hidrógeno también se puede realizar mediante cromatografía de gases y destilación criogénica, que utilizan diferencias en las propiedades físicas para separar los isótopos.
Agua de deuterio
El agua de deuterio, también conocida como agua pesada, es similar al agua ordinaria. Está formado por una combinación de deuterio y oxígeno y se designa como 2H2O. El agua de deuterio es más viscosa que el agua normal. El agua pesada es un 10,6 % más densa que el agua ordinaria, por lo que el hielo del agua pesada se hunde en el agua ordinaria. Para algunos animales, el agua de deuterio es tóxica, mientras que otros pueden sobrevivir en agua pesada, pero se desarrollarán más lentamente que en agua normal. El agua de deuterio no es radiactiva. El cuerpo humano contiene alrededor de 5 gramos de deuterio y es inofensivo. Si el agua pesada ingresa al cuerpo en grandes cantidades (por ejemplo, aproximadamente el 50% del agua en el cuerpo se vuelve pesada), puede provocar una disfunción celular y, en última instancia, la muerte.
Diferencias en agua pesada:
- El punto de congelación es de 3,82°C.
- Temperaturael punto de ebullición es 101,4 °C.
- La densidad del agua pesada es 1,1056 g/mL (el agua normal es 0,9982 g/mL).
- El pH del agua pesada es 7,43 (el agua normal es 6,9996).
- Hay una ligera diferencia en el sabor y el olor entre el agua corriente y el agua pesada.
Uso de deuterio
Los científicos han desarrollado muchos usos para el deuterio y sus compuestos. Por ejemplo, el deuterio es un marcador isotópico no radiactivo para estudiar reacciones químicas y rutas metabólicas. Además, es útil para estudiar macromoléculas mediante dispersión de neutrones. Los solventes deuterados (como el agua pesada) se usan comúnmente en la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) porque estos solventes no afectan los espectros de RMN de los compuestos en estudio. Los compuestos deuterados también son útiles para la espectroscopia infrarroja de femtosegundos. El deuterio también es un combustible para las reacciones de fusión nuclear, que algún día podría usarse para generar electricidad a escala industrial.
