Deuterio
Deuterio
Hidrógeno 2
mesa
El deuterio , simbolizado por 2 H o D, es un isótopo natural estable de hidrógeno . Su núcleo atómico , llamado deuterón o deuterón , tiene un protón y un neutrón , por lo tanto, un número de masa igual a dos. El deuterio fue descubierto en 1931 por Harold Clayton Urey , químico de la Universidad de Columbia . Este descubrimiento le valió el Premio Nobel de Química en 1934 .
Diferencias entre protio y deuterio
Símbolo químico
La IUPAC recomienda representar el símbolo deuterio 2 H con el fin de preservar la homogeneidad de sus nombres, pero tolera que el símbolo D sea ampliamente utilizado. La razón de esta tolerancia se encuentra en el hecho de que, de todos los elementos químicos, el hidrógeno es aquel para el que los isótopos tienen las mayores diferencias de masa relativa. Esto no deja de tener consecuencias sobre sus respectivas propiedades fisicoquímicas. La masa atómica del protio 1 H es 1.007 825 032 14 u mientras que la del deuterio 2 H es 2.014 101777 99 u .
Abundancia natural
El deuterio existe naturalmente en cantidades traza (típicamente 0.015% en abundancia (número de átomos) en relación con el protio ), posiblemente en forma de dideuterio D 2, pero su forma más común en el universo es, con mucho, el deuteruro de hidrógeno (HD o 1 H- 2 H), en el que un átomo de deuterio está unido a un átomo de protio mediante un solo enlace electrónico. La proporción másica de deuterio en agua pura a 20 ° C es cercana a 33,5 g / m 3 y en agua de mar a 32,4 g / m 3 .
La presencia de deuterio en la Tierra, en el resto del sistema solar y en el espectro de estrellas es un hecho importante de la cosmología física , porque los núcleos 2 H solo pueden haberse formado en las abundancias observadas durante la nucleosíntesis primordial . La presencia de una fracción pequeña, pero constante, de deuterio dondequiera que se encuentre hidrógeno en el Universo (excepto en los gigantes gaseosos que tienen una mayor concentración de deuterio, pero cuyo tamaño relativo sigue siendo, sin embargo, muy pequeño en comparación con el del Universo), es una Argumento a favor de la teoría del Big Bang en comparación con la teoría del estado estacionario : se cree que la abundancia relativa de deuterio con respecto al hidrógeno permaneció esencialmente constante desde la nucleosíntesis primordial hace 13.700 millones de años.
La proporción de abundancia de deuterio a protio al comienzo de la historia del sistema solar se estima en 2,1 × 10 −5 , los valores en Venus y Marte son respectivamente 120 veces y cinco veces más altos que en la Tierra, que es interpretado como un vestigio de la presencia pasada de agua en estos dos planetas.
Propiedades fisicoquímicas y efectos fisiológicos.
En comparación con el protio, el deuterio es ligeramente más viscoso y, desde un punto de vista químico, presenta un efecto isotópico significativo: es un poco menos reactivo que el protio y forma enlaces ( enlace covalente y enlace de hidrógeno ) ligeramente más fuertes. La absorción de agua pesada en lugar de agua natural no deja de tener consecuencias en el cuerpo, con experimentos en animales de laboratorio que indican que los efectos más notables aparecen primero en las células que se dividen rápidamente, al afectar a las mitosis y acelerar así la degradación de los tejidos (ver Agua pesada ).
Comienzan a surgir problemas digestivos en animales con una tasa de reposición fisiológica en torno al 25%, así como problemas de esterilidad debido a que la meiosis se bloquea tanto como las mitosis. Se ha observado que en estas condiciones las plantas dejan de crecer y las semillas dejan de germinar. A una tasa de deuteración de alrededor del 50%, los eucariotas sufren daños letales (en animales, fallas severas de intestino y huesos, en particular) mientras que los procariotas sobreviven en agua pura y pesada, aparentemente afectados simplemente por un crecimiento más lento.
Caracteristicas
Aplicaciones
- El agua pesada puede ser concentrada por el hombre. Se utiliza principalmente como moderador de neutrones en reactores nucleares de tipo canadiense (reactores tipo Candu ) o Argentina (dos PHWR diseñados por Siemens ). El deuterio tiene una sección transversal de 0,53 m b para neutrones térmicos (formación de tritio) y 7 × 10 −3 mb para neutrones rápidos. El principal "productor" de deuterio (por enriquecimiento o concentración de deuterio utilizado en agua pesada como absorbente de neutrones en ciertos tipos de reactores nucleares) fue Canadá hasta 1997, cuando cerró su última planta; ya que la India se habría hecho cargo, también como parte de su industria nuclear.
- El deuterio se utiliza y también se utilizará en futuros reactores de fusión nuclear controlados, ya que es uno de los dos elementos principales del combustible de fusión, siendo el otro el tritio . El deuterio es, por tanto, un material nuclear cuya posesión está regulada (artículo R1333-1 del Código de Defensa).
- Los disolventes deuterados (disolvente en el que los protios se reemplazan por deuterios) se utilizan ampliamente en la RMN de protones , porque tienen la ventaja de no aparecer en el espectro; de hecho, la frecuencia de resonancia del deuterio es diferente a la del protio.
- Se ha propuesto utilizar las proporciones de isótopos estables de hidrógeno (Delta D o δD) para rastrear el origen del alimento de ciertos animales y, por ejemplo, para determinar el origen de un pez en una cuenca hidrográfica, lo que presupone la ausencia de metabolismo. o efecto trófico sobre el “Delta D” de los tejidos. un estudio mostró (2011) que 4 peces que crecieron en el mismo ambiente presentaban sin embargo (dependiendo de su tamaño y posición trófica) valores de δD muy diferentes (según los autores, la explicación podría ser un efecto metabólico y / o un acumulado del Delta D del agua ambiental en el H intercambiable en cada etapa trófica). Este experimento mostró que era necesario tener en cuenta el tamaño y el tipo de alimento consumido para detectar el origen del pescado.
En la cultura popular
- El deuterio se promueve ampliamente en los juegos en línea OGame y Xspace, donde se utiliza en procesos de investigación, pero también como combustible y fuente de energía (a través de plantas de energía de fusión).
- En el universo de Warhammer 40,000 , algunas armas usan deuterio.
- En el universo de Star Trek , el deuterio se utiliza en el sistema de propulsión de las naves espaciales.
- En el universo Stargate SG-1 , el deuterio, extraído del agua pesada , se utiliza para alimentar una planta de energía de fusión controlada en el planeta Euronda.
- En el universo de Halo , el deuterio se utiliza para alimentar las naves humanas en el espacio normal. También sirve para autodestruir el vaso saturando la cámara de fusión con deuterio.
- En el videojuego Deuteros: The Next Millennium , publicado por Activision en 1991 y lanzado en Amiga y Atari ST, el jugador extraerá varios minerales, incluido el deuterio, para conquistar el espacio.
Antideuterio
Un anti-euterón es el equivalente en antimateria de un deuterón ( hidrón de deuterio), compuesto por un antiprotón y un antineutrón . El antideuterón fue producido por primera vez en 1965 por el sincrotrón de protones en el CERN y por el sincrotrón de gradiente alterno en el laboratorio nacional de Brookhaven . Un átomo completo, con un positrón unido al núcleo, debería llamarse anti-euterio, pero a partir de 2005 aún no se ha creado anti-euterio. El símbolo propuesto es antideuterio D .
Notas y referencias
Notas
-
Además del deuterio, los otros cuatro átomos estables con números impares de protones y neutrones son litio 6 , boro 10 , nitrógeno 14 y tantalio 180m .
-
Cuando en una fórmula química o en cualquier otro contexto se usa el símbolo D, entonces H se convierte en el símbolo del protio y ya no en el del elemento químico hidrógeno. Por ejemplo, HDO se denota mediante la fórmula de agua semipesada .
-
El deuterio también puede estar formado por radiactividades exóticas, intermedias entre la radiactividad α y la fisión espontánea , y que se denomina radiactividad de racimo .
-
0.3 mb también se encuentra en neutrones térmicos.
Referencias
-
(en) G. Audi y AH Wapstra, " La actualización de 1995 a la evaluación de la masa atómica " , Física nuclear A , vol. 595,1995, p. 409-480.
-
(in) Comisión IUPAC de Nomenclatura de Química Inorgánica, " Nombres de átomos de hidrógeno y muonio y sus iones " , Química pura y aplicada , vol. 73,2001, p. 377-380 ( DOI 10.1351 / pac200173020377 , lea en línea [PDF] ).
-
(fr + en) " Les combustibles " , en ITER (consultado el 24 de enero de 2021 ) .
-
(en) Lawrence M. Krauss y Robert J. Scherrer "¿ El fin de la cosmología? » , Scientific American , marzo de 2008
-
Thérèse Encrenaz y James Lequeux, La exploración de los planetas: desde Galileo hasta la actualidad ... y más allá , París, Belin , coll. "Para la ciencia",2014, 223 p. ( ISBN 978-2-7011-6195-2 ) , cap. 10 (“Los desafíos de la planetología actual”), pág. 185.
-
(in) David R. Lide., CRC Handbook of Chemistry and Physics, Internet Version 2005 ,
2005
-
(in) DJ Kushner, Alison Baker y TG Dunstall, " Usos farmacológicos y perspectivas del agua pesada y compuestos deuterados " , Can. J. Physiol. Pharmacol. , vol. 77, n o 2
1999, p. 79–88 ( PMID 10535697 , DOI 10.1139 / cjpp-77-2-79 ).
-
Soto DX, Wassenaar LI, Hobson KA, Catalan J & Trudel M (2011) Efectos del tamaño y la dieta sobre los valores de isótopos de hidrógeno estables (δD) en peces: implicaciones para rastrear los orígenes de los individuos y sus fuentes de alimento . Revista Canadiense de Pesca y Ciencias Acuáticas , 68 (11), 2011-2019. doi: 10.1139 / f2011-112
-
(en) Massam, T, Th. Muller , B. Righini , M. Schneegans y A. Zichichi , " Observación experimental de la generación del antideuterón " , Il Nuovo Cimento , vol. 39,1965, p. 10–14 ( DOI 10.1007 / BF02814251 , Código de Bibliografía 1965NCimS..39 ... 10M )
-
(en) Dorfan, D. E, J. Eades , LM Lederman , W. Lee y CC Ting , " Observación de antideuteron " , Phys. Rvdo. Letón. , vol. 14, n o 24,Junio de 1965, p. 1003–1006 ( DOI 10.1103 / PhysRevLett.14.1003 , Bibcode 1965PhRvL..14.1003D )
-
(in) P Chardonnet , John Orloff y Peter Salati , " La generación de antimateria en nuestra galaxia " , Physics Letters B , vol. 409,1997, p. 313–320 ( DOI 10.1016 / S0370-2693 (97) 00870-8 , Bibcode 1997PhLB..409..313C , arXiv astro-ph / 9705110 )
Ver también
Bibliografía
- Breslow R (1957) Intercambio rápido de deuterio en sales de tiazolio. J. Am. Chem. Soc. 79, 1762