Дейтерий
Дейтерий (или водород-2 , символ2
ЧАС
или дейтерий , также известный как тяжелый водород ) — один из двух стабильных изотопов водорода (другой — протий , или водород-1) . Ядро атома дейтерия , называемого дейтроном , содержит один протон и один нейтрон , тогда как у гораздо более распространенного протия нейтронов в ядре нет . В земных океанах естественное содержание дейтерия составляет около одного атома на6420 водорода. Таким образом, на дейтерий приходится примерно 0,0156% (0,0312% по массе) всего встречающегося в природе водорода в океанах, а на протий - более 99,98%. Обилие дейтерия незначительно меняется от одного вида природной воды к другому (см. Венский стандарт среднего значения океанской воды ).
Название дейтерий происходит от греческого deuteros , означающего «второй», для обозначения двух частиц, составляющих ядро. [3] Дейтерий был открыт и назван в 1931 году Гарольдом Юри . Когда в 1932 году был открыт нейтрон, это сделало ядерную структуру дейтерия очевидной, и Юри получил Нобелевскую премию в 1934 году «за открытие тяжелого водорода». Вскоре после открытия дейтерия Юри и другие получили образцы « тяжелой воды », в которых содержание дейтерия было очень высоким.
Дейтерий разрушается в недрах звезд быстрее, чем образуется. Считается, что другие естественные процессы производят лишь незначительное количество дейтерия. Почти весь дейтерий, обнаруженный в природе, был произведен в результате Большого взрыва 13,8 миллиарда лет назад, поскольку основное или изначальное соотношение водорода-1 к дейтерию (около 26 атомов дейтерия на миллион атомов водорода) берет свое начало с того времени. Это соотношение характерно для планет-гигантов, таких как Юпитер. Анализ соотношения дейтерия и протия в кометах показал результаты, очень похожие на среднее соотношение в океанах Земли (156 атомов дейтерия на миллион атомов водорода). Это подтверждает теорию о том, что большая часть океанской воды Земли имеет кометное происхождение. [4] [5] Отношение дейтерия к протию кометы67P/Чурюмов-Герасименко , измеренный космическим зондом « Розетта », примерно в три раза больше, чем земная вода. Эта цифра является самой высокой из когда-либо измеренных для кометы. [6]
Таким образом, отношения дейтерия и протия продолжают оставаться активной темой исследований как в астрономии, так и в климатологии.
Дейтерий часто обозначается химическим символом D. Поскольку это изотоп водорода с массовым числом 2, он также обозначается символом D.2
ЧАС
. ИЮПАК допускает как D, так и2
ЧАС
, несмотря на то что2
ЧАС
является предпочтительным. [7] Отдельный химический символ используется для удобства из-за общего использования изотопа в различных научных процессах. Кроме того, его большая разница в массе с протием ( 1 H) (дейтерий имеет массу2,014 102 u , по сравнению со средним атомным весом водорода1,007 947 u , а масса протия1,007 825 u ) придает существенные химические различия с соединениями, содержащими протий, тогда как массовые соотношения изотопов в других химических элементах в этом отношении в значительной степени незначительны.
В квантовой механике энергетические уровни электронов в атомах зависят от приведенной массы системы электрон-ядро. Для атома водорода роль приведенной массы наиболее просто видна в модели атома Бора , где приведенная масса появляется в простом вычислении постоянной Ридберга и уравнения Ридберга, но приведенная масса также появляется в уравнении Шредингера , и уравнение Дирака для расчета уровней атомной энергии.
