Deuterio

Deuterio ( del lat.  deuterio , del griego antiguo δεύτερος "segundo"), hidrógeno pesado , indicado por los símbolos D y 2 H  - un isótopo estable de hidrógeno con una masa atómica igual a 2. El núcleo ( deuterón ) consta de un protón y un neutrón .

Descubierto en 1932 por el físico químico estadounidense Harold Urey . El contenido natural es 0,0115 ± 0,0070 [2]  %.

Modificaciones isotópicas de compuestos de hidrógeno

Los compuestos de isótopos de hidrógeno prácticamente no difieren en propiedades químicas, pero tienen propiedades físicas bastante diferentes (punto de fusión, punto de ebullición, peso) [3] . La molécula de D 2 consta de dos átomos de deuterio. La sustancia tiene las siguientes propiedades físicas:

• Punto de fusión −254,5 °C (19,15 K ).
• Punto de ebullición -249,5 °C (23,57K).
• Distancia internuclear 0,07416 nm [4] .
• Energía de disociación (a 0K) 439,68 kJ/mol [4] .

El contenido de deuterio en el hidrógeno natural es de 0,011…0,016 at.% [5][ página no especificada 25 días ] . Entonces, en el agua de mar cerca de la costa, la relación de concentraciones atómicas [D]/[H] es (1.55÷1.56) 10 −4 (un átomo de deuterio por 6410÷6450 átomos de protio), en aguas cercanas a la superficie - (1 , 32÷1,51) 10 −4 (1:6600÷7600), en gas natural  — (1,10÷1,34) 10 −4 (1:7500÷9100) [5] .

Según sus propiedades químicas, los compuestos de deuterio tienen ciertas características. Entonces, por ejemplo, los enlaces carbono-deuterio resultan ser más "fuertes" que los enlaces carbono-protio, razón por la cual las reacciones químicas que involucran átomos de deuterio son varias veces más lentas. Esto, en particular, es responsable de la toxicidad del agua pesada (el agua de composición D 2 O se llama agua pesada debido a la gran diferencia en la masa de protio y deuterio).

Conseguir

La producción mundial de deuterio es de decenas de miles de toneladas al año. Los mayores productores de agua pesada del mundo son India, China e Irán [6] . En la industria, la producción de agua pesada (enriquecimiento del agua con deuterio) se basa en procesos de intercambio iónico , en particular el proceso Girdler Sulfide , que utiliza el intercambio isotópico entre agua y sulfuro de hidrógeno o entre hidrógeno y amoníaco . También se utilizan electrólisis de agua en varias etapas , rectificación de hidrógeno líquido. [4] La electrólisis de 100 litros de agua libera 7,5 ml de D 2 O al 60 % [7] .

El contenido de deuterio en el agua natural es 1,03 veces mayor que en el vapor (este es el factor de separación de esta mezcla). Por lo tanto, con la ebullición repetida del agua natural con la adición constante de agua nueva al residuo de la ebullición, el agua pesada se acumulará gradualmente en la tetera. Sin embargo, es muy lento, por lo tanto, incluso con una gran cantidad de repeticiones de este proceso, el contenido de agua pesada no se volverá peligroso para la salud, contrariamente a la suposición de V.V. Pokhlebkin en el libro “Té. Sus tipos, propiedades, uso”, publicado en 1968 [8] . El académico Igor Vasilievich Petryanov-Sokolov calculó una vez cuánta agua debe evaporarse de un hervidor para que el contenido de deuterio aumente notablemente en el residuo. Resultó que para obtener 1 litro de agua, en el que la concentración de deuterio es del 0,15%, es decir, solo 10 veces mayor que la natural, se deben agregar a la tetera un total de 2,1⋅10 30 toneladas de agua, que es 300 millones de veces mayor que la masa de la Tierra [9] .

Historia del descubrimiento y estudio

El deuterio fue descubierto en 1932 por Harold Urey y sus colegas utilizando el método espectral .

Rutherford , insatisfecho con el nombre "dayton" [10] propuesto por los descubridores , propuso una variante del nombre: "diplogen" y el núcleo, respectivamente, "diplon".

Los científicos plantearon la hipótesis de la existencia de isótopos estables de elementos ligeros ya en 1913 cuando estudiaban el neón. La existencia de estos isótopos se comprobó en 1920 mediante espectrometría de masas. Es cierto que en ese momento prevaleció la teoría, según la cual los isótopos diferían en la cantidad de "electrones intranucleares" de varios átomos del elemento (el neutrón se descubrió más tarde, en 1932). Las mediciones de la masa atómica relativa del hidrógeno dieron un valor cercano a 1 uma. e. m., que es igual a la masa del protón. Por lo tanto, se supuso que el hidrógeno no podía contener un electrón intranuclear, de lo contrario compensaría la carga del núcleo. Por lo tanto, se pensaba que el hidrógeno no tenía isótopos pesados.

El deuterio fue descubierto por primera vez por el químico Harold Urey en la Universidad de Columbia a finales de 1931. Ferdinand Brikwedde , que ayudó a Urey, destiló cinco litros de hidrógeno líquido del ciclo criogénico . Brickwedde trabajó en el nuevo Laboratorio de Baja Temperatura de la Oficina Nacional de Estándares y Pesos (NIST) de EE. UU. Como resultado, el volumen de líquido fue de 1 ml. Anteriormente, se usaba la misma técnica para producir isótopos pesados ​​de neón. La técnica de evaporación de hidrógeno líquido permitió aumentar la fracción del isótopo de hidrógeno con una masa de 2 hasta tal punto que podía detectarse de forma fiable por métodos espectroscópicos [11] .

El 15 de junio de 1933, Urey, Murphy y Brickwedde enviaron una carta al editor de la revista científica ,;tritioydeuterio,protiohidrógenoisótoposproponiendo nombres para losJournal of Chemical PhysicsThe palabras griegas "protos" ("primero") y "deuteros" ("segundo") [12] [ 13] . Urey recibió el Premio Nobel de Química en 1934 por su descubrimiento del deuterio.    

Aplicación

Las mayores cantidades de deuterio se utilizan en la energía nuclear [6] . Tiene las mejores propiedades de moderación de neutrones. En una mezcla con tritio o en combinación con litio-6 (hidruro de litio 6 LiD) se utiliza para reacciones termonucleares en bombas de hidrógeno . Durante una explosión, ocurren reacciones :

También se utiliza como indicador estable etiquetado en investigación y tecnología de laboratorio química, biológica y de otro tipo [6] . También es prometedor el uso de deuterio (mezclado con tritio ) para obtener plasma de alta temperatura , necesario para la implementación de la fusión termonuclear controlada (ver el proyecto ITER ) [6] .

Desde hace algún tiempo, el deuterio es utilizado en medicina por compañías farmacéuticas que buscan aumentar el tiempo de metabolismo del fármaco , es decir, ralentizar su eliminación del organismo, esta ralentización en los fármacos modificados con deuterio se observa debido al deuterio primario. efecto isotópico - una disminución en la velocidad de los enlaces de enlace carbono-deuterio en comparación con carbono -protio [14] [15] .

También el deuterio se usa en generadores de neutrones [6] .

Notas

1. ↑ 1 2 3 Audi G. , Wapstra AH , Thibault C. La evaluación de la masa atómica AME2003 (II). Tablas, gráficos y referencias  (inglés)  // Física nuclear A . - 2003. - vol. 729 . - Pág. 337-676 . -doi : 10.1016/ j.nuclphysa.2003.11.003 . - .
2. ↑ 1 2 3 4 Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra AH La evaluación NUBASE de las propiedades nucleares y de descomposición  // Física nuclear A . - 2003. - T. 729 . - S. 3-128 . -doi : 10.1016/ j.nuclphysa.2003.11.001 . - .
3. ↑ Kuzmenko, 2007 , pág. 298.
4. ↑ 1 2 3 Berdonosov S. S. Deuterio // Enciclopedia física  : [en 5 volúmenes] / Cap. edición A. M. Projorov . - M .: Gran Enciclopedia Rusa , 1994. - V. 4: Poynting - Robertson - Serpentinas. - 704 pág. - 40.000 copias.  - ISBN 5-85270-087-8 .
5. ↑ 1 2 Deuterio // Enciclopedia química / Ed.: Knunyants I.L. y otros.- M .: Enciclopedia soviética, 1988.- T. 1.- 623 p.
6. ↑ 1 2 3 4 5 Alexander Semionov. Deuterio y tritio: hidrógeno, pero no lo mismo  // Ciencia y vida . - 2018. - Nº 8 . - S. 45-51 . (Ruso)
7. ↑ Kuzmenko, 2007 , pág. 299.
8. ↑ ¿Hay deuterio en una tetera? // Química y vida . - 1969. - Nº 2 . - S. 24-25 .
9. ↑ Ilya Leenson. Agua pesada . Enciclopedia La vuelta al mundo. Consultado el 31 de julio de 2019. Archivado desde el original el 31 de julio de 2019. (indefinido)
10. ↑ M. Oliphant. Cambridge Days Archivado el 5 de marzo de 2016 en Wayback Machine // Rutherford. Recuerdos de los días de Cambridge". Elsevier, Amsterdam, 1972.  (Ruso)
11. ↑ Urey H., Brickwedde F., Murphy G. Un isótopo de hidrógeno de masa 2  //  Revisión física. - 1932. - Vol. 39 . - pág. 164-165 . -doi : 10.1103 / PhysRev.39.164 . - .
12. ↑ Urey HC, Murphy GM, Brickwedde FG Un nombre y símbolo para H 2*  //  Journal of Chemical Physics  : journal. - 1933. - Vol. 1 . - Pág. 512-513 . -doi : 10.1063/ 1.1749325 .
13. ↑ Dan O'Leary. The deeds to deuterio  (inglés)  // Nature Chemistry  : revista. - 2012. - vol. 4 . — Pág. 236 . -doi : 10.1038/ nchem.1273 .
14. ↑ Michael J. Barratt, Donald E. frágil. Reposicionamiento de medicamentos : dar nueva vida a los activos archivados y los medicamentos existentes  . - John Wiley & Sons , 2012. - Pág. 319.
15. ↑ Graham L.Patrick. Introducción a la síntesis de  fármacos . - Oxford University Press , 2015. - Pág. 380.

Literatura

• Kuzmenko N. E., Eremin V. V., Popkov V. A. Los comienzos de la química. - M. : Examen de la Casa Editorial, 2007. - T. 1. - S. 299.

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