ดิวเทอเรียม: โครงสร้างคุณสมบัติและการใช้งาน - เคมี - 2025

ดิวทีเรียมเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจนชนิดซึ่งจะแสดงเป็น D หรือ²เอช ใน นอกจากนี้ยังได้รับชื่อของไฮโดรเจนหนักเพราะมวลของมันเป็นสองเท่าของโปรตอน ไอโซโทปเป็นสิ่งมีชีวิตที่มาจากองค์ประกอบทางเคมีเดียวกัน แต่มีจำนวนมวลแตกต่างจากนี้

ความแตกต่างนี้เกิดจากความแตกต่างของจำนวนนิวตรอนที่มี ดิวเทอเรียมถือเป็นไอโซโทปที่เสถียรและสามารถพบได้ในสารประกอบไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติแม้ว่าจะมีสัดส่วนที่ค่อนข้างน้อย (น้อยกว่า 0.02%)

เนื่องจากคุณสมบัติของมันคล้ายกับไฮโดรเจนธรรมดามากจึงสามารถแทนที่ไฮโดรเจนในปฏิกิริยาทั้งหมดที่มีส่วนร่วมกลายเป็นสารที่เทียบเท่ากัน

ด้วยเหตุนี้และเหตุผลอื่น ๆ ไอโซโทปนี้จึงมีการใช้งานจำนวนมากในสาขาวิทยาศาสตร์ที่แตกต่างกันกลายเป็นหนึ่งในสิ่งที่สำคัญที่สุด

โครงสร้าง

โครงสร้างของดิวเทอเรียมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีโปรตอนและนิวตรอนโดยมีน้ำหนักอะตอมหรือมวลประมาณ 2,014 กรัม

ในทำนองเดียวกันไอโซโทปนี้เป็นผลมาจากการค้นพบของ Harold C.Urey นักเคมีจากสหรัฐอเมริกาและผู้ร่วมงานของเขา Ferdinand Brickwedde และ George Murphy ในปีพ. ศ. 2474

ในภาพบนคุณจะเห็นการเปรียบเทียบระหว่างโครงสร้างของไอโซโทปของไฮโดรเจนซึ่งมีอยู่ในรูปของโปรเทียม (ไอโซโทปที่มีมากที่สุด) ดิวทีเรียมและไอโซโทปซึ่งเรียงจากซ้ายไปขวา

การเตรียมดิวเทอเรียมในสถานะบริสุทธิ์ประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรกในปีพ. ศ. 2476 แต่ตั้งแต่ทศวรรษที่ 1950 มีการใช้สารในเฟสของแข็งและแสดงให้เห็นถึงความเสถียรที่เรียกว่าลิเธียมดิวเทอไรด์ (LiD) เพื่อ แทนที่ดิวทีเรียมและไอโซโทปในปฏิกิริยาเคมีจำนวนมาก

ในแง่นี้จึงมีการศึกษาความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปนี้และพบว่าสัดส่วนของมันในน้ำอาจแตกต่างกันเล็กน้อยขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาของตัวอย่าง

นอกจากนี้การศึกษาทางสเปกโทรสโกปีได้ระบุการมีอยู่ของไอโซโทปนี้บนดาวเคราะห์ดวงอื่นในกาแลคซีนี้

ข้อเท็จจริงบางประการเกี่ยวกับดิวทีเรียม

ตามที่ระบุไว้ข้างต้นความแตกต่างพื้นฐานระหว่างไอโซโทปของไฮโดรเจน (ซึ่งมีเพียงชนิดเดียวที่ได้รับการตั้งชื่อในรูปแบบที่แตกต่างกัน) อยู่ในโครงสร้างเนื่องจากจำนวนโปรตอนและนิวตรอนในสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งทำให้คุณสมบัติทางเคมีของมัน

ในทางกลับกันดิวเทอเรียมที่มีอยู่ภายในร่างกายของดาวฤกษ์จะถูกกำจัดด้วยความเร็วที่มากกว่าที่กำเนิด

นอกจากนี้ยังมีการพิจารณาว่าปรากฏการณ์ทางธรรมชาติอื่น ๆ ก่อตัวขึ้นเพียงเล็กน้อยเท่านั้นดังนั้นการผลิตจึงยังคงสร้างความสนใจในปัจจุบัน

ในทำนองเดียวกันชุดการตรวจสอบได้เปิดเผยว่าอะตอมส่วนใหญ่ที่เกิดจากสิ่งมีชีวิตชนิดนี้มีต้นกำเนิดในบิ๊กแบง นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงสังเกตเห็นการปรากฏตัวของมันในดาวเคราะห์ขนาดใหญ่เช่นดาวพฤหัสบดี

วิธีที่พบมากที่สุดในการได้รับสิ่งมีชีวิตชนิดนี้ในธรรมชาติคือเมื่อพบร่วมกับไฮโดรเจนในรูปแบบของโปรเทียมความสัมพันธ์ที่สร้างขึ้นระหว่างสัดส่วนของสิ่งมีชีวิตทั้งสองในสาขาวิทยาศาสตร์ที่แตกต่างกันยังคงเป็นที่สนใจของชุมชนวิทยาศาสตร์ เช่นดาราศาสตร์หรือภูมิอากาศ

คุณสมบัติ

- เป็นไอโซโทปที่ไม่มีลักษณะกัมมันตภาพรังสี นั่นคือมันค่อนข้างคงที่ในธรรมชาติ

- สามารถใช้แทนอะตอมไฮโดรเจนในปฏิกิริยาเคมี

- สายพันธุ์นี้แสดงพฤติกรรมที่แตกต่างจากไฮโดรเจนธรรมดาในปฏิกิริยาของธรรมชาติทางชีวเคมี

- เมื่อไฮโดรเจนสองอะตอมถูกแทนที่ในน้ำจะได้ D ₂ O ซึ่งได้ชื่อของน้ำที่มีน้ำหนักมาก

- ไฮโดรเจนที่มีอยู่ในมหาสมุทรซึ่งอยู่ในรูปของดิวทีเรียมมีอยู่ในสัดส่วน 0.016% เมื่อเทียบกับโปรเทียม

- ในดวงดาวไอโซโทปนี้มีแนวโน้มที่จะรวมตัวกันอย่างรวดเร็วเพื่อก่อให้เกิดฮีเลียม

- D ₂ O เป็นสายพันธุ์ที่มีพิษแม้ว่าคุณสมบัติทางเคมีของมันจะคล้ายคลึงกับ H ₂มากก็ตาม

- เมื่ออะตอมของดิวเทอเรียมอยู่ภายใต้กระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชันที่อุณหภูมิสูงพลังงานจำนวนมากจะถูกปลดปล่อยออกมา

- คุณสมบัติทางกายภาพเช่นจุดเดือดความหนาแน่นความร้อนของการกลายเป็นไอจุดสามเท่ามีขนาดโมเลกุลของดิวเทอเรียม (D ₂ ) สูงกว่าโมเลกุลของไฮโดรเจน (H ₂ )

- รูปแบบที่พบบ่อยที่สุดที่พบนั้นเชื่อมโยงกับอะตอมของไฮโดรเจนซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดไฮโดรเจนดิวเทอไรด์ (HD)

การประยุกต์ใช้งาน

เนื่องจากคุณสมบัติของมันจึงมีการนำดิวเทอเรียมไปใช้ในงานต่างๆที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจน การใช้งานบางส่วนมีคำอธิบายด้านล่าง:

- ในสาขาชีวเคมีใช้ในการทำเครื่องหมายไอโซโทปซึ่งประกอบด้วยการ "ทำเครื่องหมาย" ตัวอย่างด้วยไอโซโทปที่เลือกเพื่อติดตามผ่านทางผ่านระบบเฉพาะ

- ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ทำปฏิกิริยาฟิวชันจะใช้เพื่อลดความเร็วในการเคลื่อนที่ของนิวตรอนโดยไม่มีการดูดซึมสูงของไฮโดรเจนธรรมดาเหล่านี้

- ในพื้นที่ของเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) ตัวทำละลายที่ใช้ดิวเทอเรียมถูกใช้เพื่อหาตัวอย่างของสเปกโทรสโกปีประเภทนี้โดยไม่มีการรบกวนที่เกิดขึ้นเมื่อใช้ตัวทำละลายที่เติมไฮโดรเจน

- ในสาขาชีววิทยาจะมีการศึกษาโมเลกุลขนาดใหญ่โดยใช้เทคนิคการกระเจิงของนิวตรอนซึ่งตัวอย่างที่มาพร้อมกับดิวเทอเรียมจะถูกใช้เพื่อลดสัญญาณรบกวนอย่างมีนัยสำคัญในคุณสมบัติด้านความเปรียบต่างเหล่านี้

- ในสาขาเภสัชวิทยาการทดแทนไฮโดรเจนสำหรับดิวเทอเรียมถูกนำมาใช้เนื่องจากผลของไอโซโทปไคเนติกที่สร้างขึ้นและช่วยให้ยาเหล่านี้มีครึ่งชีวิตที่ยาวนานขึ้น

อ้างอิง

1. บริแทนนิกา, E. (nd). ธาตุไฮโดรเจนชนิดหนัก กู้คืนจาก britannica.com
2. วิกิพีเดีย (เอสเอฟ) ธาตุไฮโดรเจนชนิดหนัก สืบค้นจาก en.wikipedia.org
3. ช้าง, ร. (2550). เคมีรุ่นที่เก้า. เม็กซิโก: McGraw-Hill
4. Hyperphysics (เอสเอฟ) ดิวเทอเรียมอุดมสมบูรณ์. กู้คืนจาก hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. ThoughtCo (เอสเอฟ) ข้อเท็จจริงดิวเทอเรียม ดึงมาจาก thoughtco.com