الديوتيريوم: هيكل ، خصائص واستخدامات
الديوتيريوم هو أحد الأنواع النظرية للهيدروجين ، والذي يمثل D أو 2H. بالإضافة إلى ذلك ، تم تسميته باسم الهيدروجين الثقيل ، لأن كتلته تعادل ضعف كتلة البروتون. النظير هو نوع من نفس العنصر الكيميائي ، لكن عدد كتلته يختلف عن هذا العدد.
هذا التمييز يرجع إلى الفرق في عدد النيوترونات الموجودة فيه. يُعتبر الديوتيريوم نظيرًا مستقرًا ويمكن العثور عليه في المركبات المتكونة من هيدروجين من أصل طبيعي ، وإن كان بنسبة صغيرة إلى حد ما (أقل من 0.02٪).
نظرًا لخواصه ، التي تشبه إلى حد بعيد خصائص الهيدروجين العادية ، يمكن أن يحل محل الهيدروجين في جميع التفاعلات التي يشارك فيها ، ليصبح مادة مكافئة.
لهذا السبب ولأسباب أخرى ، يحتوي هذا النظير على عدد كبير من التطبيقات في مجالات مختلفة من العلوم ، ليصبح أحد أهمها.
هيكل
يتكون هيكل الديوتيريوم أساسًا من نواة تحتوي على بروتون ونيوترون ، ويبلغ وزن ذريتها أو كتلتها حوالي 2.014 جم.
بنفس الطريقة ، يدين هذا النظير باكتشافه لهارولد سي. أوري ، الكيميائي من الولايات المتحدة ، ومعاونيه فرديناند بريكويد وجورج مورفي ، في عام 1931.
في الصورة أعلاه ، يمكنك رؤية المقارنة بين هياكل نظائر الهيدروجين الموجودة في شكل بروتيوم (نظيرته الأكثر وفرة) ، الديوتيريوم والتريتيوم ، مرتبة من اليسار إلى اليمين.
تم تنفيذ تحضير الديوتيريوم في حالته النقية بنجاح لأول مرة في عام 1933 ، ولكن منذ خمسينيات القرن العشرين استخدمت مادة في الطور الصلب وأثبتت ثباتًا ، يطلق عليها الليثيوم ديوتيريد (LiD) ، من أجل استبدال الديوتيريوم والتريتيوم في عدد كبير من التفاعلات الكيميائية.
بهذا المعنى ، تمت دراسة وفرة هذا النظير ولوحظ أن نسبةه في الماء قد تختلف قليلاً ، اعتمادًا على المصدر الذي أخذت منه العينة.
بالإضافة إلى ذلك ، حددت دراسات التحليل الطيفي وجود هذا النظير في كواكب أخرى من هذه المجرة.
بعض الحقائق عن الديوتيريوم
كما ذكر أعلاه ، يكمن الاختلاف الأساسي بين نظائر الهيدروجين (والتي هي الوحيدة التي تمت تسميتها بطرق مختلفة) في بنيتها ، لأن كمية البروتونات والنيوترونات من الأنواع تضفي خصائصها الكيميائية.
من ناحية أخرى ، يتم التخلص من الديوتيريوم الموجود داخل الأجسام النجمية بسرعة أكبر مما نشأ.
بالإضافة إلى ذلك ، يُعتقد أن ظواهر الطبيعة الأخرى لا تشكل سوى قدر ضئيل منها ، بحيث يستمر إنتاجها في توليد الاهتمام في الوقت الحالي.
وبالمثل ، كشفت سلسلة من التحقيقات أن الغالبية العظمى من الذرات التي تشكلت من هذا النوع نشأت في الانفجار الكبير. هذا هو السبب في وجود وجود يلاحظ في كواكب كبيرة مثل كوكب المشتري.
نظرًا لأن الطريقة الأكثر شيوعًا لتحقيق هذا النوع في الطبيعة هي عندما يتم الجمع بينه وبين الهيدروجين في شكل بروتيوم ، فإن العلاقة بين نسبة كلا النوعين في مجالات مختلفة من العلوم تستمر في إثارة اهتمام المجتمع العلمي. ، مثل علم الفلك أو علم المناخ.
خصائص
- إنه نظير ينقصه الخصائص المشعة ؛ وهذا هو ، أنها مستقرة تماما في الطبيعة.
- يمكن استخدامه لاستبدال ذرة الهيدروجين في التفاعلات الكيميائية.
- هذا النوع يتجلى في سلوك مختلف عن الهيدروجين العادي في تفاعلات ذات طبيعة كيميائية حيوية.
- عند استبدال ذرتين الهيدروجين في الماء ، يتم الحصول على D 2 O ، والحصول على اسم الماء الثقيل.
- يوجد الهيدروجين الموجود في المحيط في شكل الديوتيريوم بنسبة 0.016٪ بالنسبة للبروتينيوم.
- في النجوم ، هذا النظير لديه ميل للاندماج بسرعة لإحداث الهيليوم.
- D 2 O هو نوع سام ، على الرغم من أن خواصه الكيميائية تشبه إلى حد بعيد خصائص H2
- عندما تتعرض ذرات الديوتريوم لعملية الاندماج النووي في درجات حرارة عالية ، يتم الحصول على كميات كبيرة من الطاقة.
- الخصائص الفيزيائية مثل نقطة الغليان ، الكثافة ، حرارة التبخير ، النقطة الثلاثية ، من بين أشياء أخرى ، لها مستويات أعلى في جزيئات الديوتيريوم (D 2 ) عنها في جزيئات الهيدروجين (H 2 ).
- الشكل الأكثر شيوعًا الذي توجد به يرتبط بذرة الهيدروجين ، منشؤها الديوتيريد الهيدروجيني (HD).
تطبيقات
بسبب خصائصه ، يستخدم الديوتيريوم في مجموعة واسعة من التطبيقات التي يشارك فيها الهيدروجين. بعض هذه الاستخدامات موصوفة أدناه:
- في مجال الكيمياء الحيوية ، يتم استخدامه في وضع العلامات النظرية ، والتي تتكون من "وضع علامة" على عينة بالنظير المحدد لتتبعها خلال مرورها عبر نظام محدد.
- في المفاعلات النووية التي تنفذ تفاعلات الاندماج تستخدم لتقليل السرعة التي تتحرك بها النيوترونات دون الامتصاص العالي لتلك التي تقدم الهيدروجين العادي.
- في مجال الرنين المغناطيسي النووي (NMR) ، تستخدم المذيبات القائمة على الديوتريوم للحصول على عينات من هذا النوع من التحليل الطيفي دون وجود تدخلات تحدث عند استخدام المذيبات المهدرجة.
- في مجال علم الأحياء ، تتم دراسة الجزيئات الكبيرة من خلال تقنيات تشتت النيوترونات ، حيث يتم استخدام العينات المقدمة مع الديوتيريوم لتقليل الضوضاء بشكل كبير في خصائص التباين هذه.
- في مجال الصيدلة ، يتم استخدام استبدال الهيدروجين بالديوتريوم للتأثير النظائري الحركي الذي يتم توليده ويسمح لهذه العقاقير بعمر افتراضي أطول.
