Sifat-sifat Deuterium — pengertian, kegunaan, struktur, kelimpahan

Sifat-sifat Deuterium — pengertian, kegunaan, struktur, kelimpahan

Deuterium adalah salah satu spesi isotop hidrogen, yang direpresentasikan sebagai D atau 2H. Selain itu, telah diberi nama hidrogen berat, karena massanya dua kali lipat dari proton. Isotop adalah spesies yang berasal dari unsur kimia yang sama, tetapi jumlah massanya berbeda dari yang ini.

Mengingat sifat-sifatnya, sangat mirip dengan hidrogen biasa, ia dapat menggantikan hidrogen dalam semua reaksi di mana ia berpartisipasi, menjadi zat yang setara.

Untuk alasan ini dan lainnya, isotop ini memiliki sejumlah besar aplikasi di berbagai bidang ilmu pengetahuan, menjadikannya salah satu yang paling penting.

Perbedaan ini disebabkan oleh perbedaan jumlah neutron yang dimilikinya. Deuterium dianggap sebagai isotop stabil dan dapat ditemukan dalam senyawa yang terbentuk oleh hidrogen yang terjadi secara alami, meskipun dalam proporsi yang cukup kecil (kurang dari 0,02%).

Kelimpahan Deuterium

Deuterium terjadi dalam jumlah kecil secara alami sebagai gas deuterium, ditulis 2H2 atau D2, tetapi kebanyakan terjadi secara di alam semesta terikat dengan atom 1H, gas yang disebut hidrogen deuterida (HD atau 1H2H).

Kelimpahan alami Deuterium tampaknya menjadi fraksi yang sangat mirip hidrogen, di mana pun hidrogen ditemukan. Kehadiran deuterium dengan fraksi rendah tapi konstan di semua hidrogen. Diperkirakan bahwa kelimpahan deuterium belum berkembang secara signifikan karena produksi mereka sekitar 13,7 miliar tahun lalu.

Kelimpahan deuterium pada Jupiter adalah sekitar 2,25 × 10-5 (kira-kira 22 atom dalam satu juta, atau 15% dari rasio deuterium-dengan-hidrogen terestrial). Deuterium yang terkonsentrasi banyak digunakan untuk keperluan industri, ilmiah dan militer sebagai air berat dari air biasa. Pemasok terkemuka dunia dari deuterium adalah Atomic Energy of Canada Limited, di Kanada, sampai 1997 ketika pabrik ini terakhir ditutup.Deuterium

Struktur

Struktur deuterium terutama terdiri dari inti yang memiliki proton dan neutron, dengan berat atom atau massa sekitar 2.014 g.

Demikian pula, isotop ini berutang penemuannya kepada Harold C. Urey, seorang ahli kimia dari Amerika Serikat, dan kolaboratornya Ferdinand Brickwedde dan George Murphy, pada tahun 1931.

Pada gambar atas Anda dapat melihat perbandingan antara struktur isotop hidrogen, yang ada dalam bentuk protium (isotop paling melimpah), deuterium dan tritium, yang dipesan dari kiri ke kanan.

Penyiapan deuterium dalam keadaan murni telah berhasil dilakukan untuk pertama kalinya pada tahun 1933, tetapi sejak 1950-an zat fase padat dengan stabilitas terbukti, yang disebut lithium deuteride (LiD), telah digunakan untuk ganti deuterium dan tritium dalam sejumlah besar reaksi kimia.

Dalam hal ini, kelimpahan isotop ini telah dipelajari dan telah diamati bahwa proporsi isotop dalam air mungkin sedikit berbeda, tergantung pada sumber dari mana sampel diambil.

Selanjutnya, studi spektroskopi telah menentukan keberadaan isotop ini di planet lain di galaksi ini.

Beberapa fakta tentang deuterium

Seperti yang dinyatakan sebelumnya, perbedaan mendasar antara isotop hidrogen (yang merupakan satu-satunya yang dinamai dengan cara berbeda) terletak pada strukturnya, karena jumlah proton dan neutron suatu spesies memberikannya sifat kimianya.

Di sisi lain, deuterium yang ada di dalam tubuh bintang dihilangkan dengan kecepatan lebih besar dari aslinya.

Selain itu, fenomena alam lainnya dianggap hanya membentuk sejumlah kecil saja, sehingga produksinya terus membangkitkan minat hingga saat ini.

Demikian pula, serangkaian penyelidikan telah mengungkapkan bahwa sebagian besar atom yang telah terbentuk dari spesies ini berasal dari Big Bang; inilah alasan mengapa kehadirannya diperhatikan di planet besar seperti Jupiter.

Karena cara paling umum untuk memperoleh spesies ini di alam adalah ketika dikombinasikan dengan hidrogen dalam bentuk protium, hubungan yang dibangun antara proporsi kedua spesies di berbagai bidang ilmu pengetahuan masih membangkitkan minat komunitas ilmiah. , seperti astronomi atau klimatologi.

Apakah sifat Deuterium?

  • Deuterium adalah isotop yang tidak memiliki karakteristik radioaktif; artinya, sifatnya cukup stabil.
  • Dapat digunakan untuk menggantikan atom hidrogen dalam reaksi kimia.
  • Spesi ini menunjukkan perilaku yang berbeda dari hidrogen biasa dalam reaksi yang bersifat biokimia.
  • Ketika dua atom hidrogen dalam air diganti, D2O diperoleh, memperoleh nama air berat.
  • Hidrogen hadir di lautan yang dalam bentuk deuterium ada dalam proporsi 0,016% dalam kaitannya dengan protium.
  • Di bintang-bintang, isotop ini memiliki kecenderungan untuk melebur dengan cepat untuk menghasilkan helium.
  • D2O merupakan spesies beracun, meskipun sifat kimianya sangat mirip dengan H2
  • Ketika atom deuterium mengalami proses fusi nuklir pada suhu tinggi, sejumlah besar energi dilepaskan.
  • Sifat-sifat fisik seperti titik didih, kerapatan, panas penguapan, titik rangkap, antara lain, memiliki magnitudo lebih besar dalam molekul deuterium (D2) daripada pada hidrogen (H2).
  • Bentuk paling umum yang ditemukan terkait dengan atom hidrogen, berasal hidrogen deuterida (HD).
  • Simbol kimia Deuterium sering digambarkan sebagai D.
  • Karena merupakan isotop hidrogen dengan nomor atom 2, juga diwakili oleh 2
  • Deuterium lebih tebal dari air biasa.
  • Secara kimia, deuterium berperilaku mirip dengan hidrogen biasa, tetapi ada perbedaan energi ikatan dan panjang untuk senyawa isotop hidrogen berat yang lebih besar dari perbedaan isotop dalam unsur lainnya.
  • Deuterium dapat menggantikan hidrogen normal dalam molekul air untuk membentuk air berat (D2O), yaitu sekitar 10,6% lebih padat daripada air biasa (cukup menjadikan es yang terbuat dari itu tenggelam dalam air biasa).
  • Ikatan yang melibatkan deuterium dan tritium agak kuat daripada ikatan yang sesuai dalam hidrogen ringan, dan perbedaan ini cukup untuk membuat perubahan signifikan dalam reaksi biologis.

Kegunaan Deuterium

Karena sifatnya, deuterium digunakan dalam berbagai aplikasi di mana hidrogen terlibat. Beberapa kegunaan ini dijelaskan di bawah ini:

  • Di bidang biokimia digunakan dalam penandaan isotop, yang terdiri dari “menandai” sampel dengan isotop yang dipilih untuk melacaknya melalui bagiannya melalui sistem tertentu.
  • Dalam reaktor nuklir yang melakukan reaksi fusi, digunakan untuk mengurangi kecepatan pergerakan neutron tanpa penyerapan yang tinggi dari hidrogen biasa ini.
  • Di bidang resonansi magnetik nuklir (NMR), pelarut berbasis deuterium digunakan untuk mendapatkan sampel spektroskopi jenis ini tanpa adanya gangguan yang terjadi saat menggunakan pelarut terhidrogenasi.
  • Di bidang biologi, makromolekul dipelajari melalui teknik hamburan neutron, di mana sampel yang disediakan dengan deuterium digunakan untuk secara signifikan mengurangi kebisingan dalam sifat kontras ini.
  • Di bidang farmakologi, penggantian hidrogen dengan deuterium digunakan karena efek isotop kinetik yang dihasilkan dan memungkinkan obat-obat ini memiliki waktu paruh lebih lama.

Apa sifat Inti deuteron?

  • Inti deuterium disebut ‘deuteron’.
  • Ini memiliki massa 2,013553212724 (78).
  • Radius muatan deuteron adalah 2,1402 (28) meter. Jari-jari muatan adalah ukuran dari ukuran inti atom, khususnya dari proton atau deuteron.
  • Proton dan neutron yang membentuk deuterium dapat dipisahkan (proses umum di mana senyawa ionik (kompleks atau garam) yang terpisah atau terpecah menjadi partikel yang lebih kecil, ion, biasanya dengan cara reversibel) melalui interaksi arus netral dengan neutrino. Penampang untuk interaksi ini relatif besar, dan deuterium telah berhasil digunakan sebagai neutrino sebagai target dalam percobaan Sudbury Neutrino Observatory di Kanada. Interaksi arus netral adalah salah satu cara di mana partikel subatomik dapat berinteraksi dengan cara gaya lemah, salah satu dari empat gaya fundamental alam, di samping gaya nuklir, elektromagnetik, dan gravitasi.
  • Karena kesamaan sifat massa dan inti antara proton dan neutron, mereka kadang-kadang dianggap sebagai dua jenis benda yang simetris, sebuah nukleon. Sementara hanya proton memiliki muatan listrik, hal ini sering diabaikan karena lemahnya interaksi elektromagnetik relatif terhadap interaksi nuklir kuat (gaya antara dua atau lebih nukleon). Simetri yang berkaitan dengan proton dan neutron yang dikenal sebagai ‘isospin’ dan dilambangkan I (atau kadang-kadang T).
  • Resonansi magnetik nuklir (NMR) frekuensi deuterium berbeda secara signifikan dari hidrogen ringan biasa. Resonansi magnetik (NMR) adalah efek dimana inti magnetik dalam medan magnet menyerap dan memancarkan kembali energi elektromagnetik (EM).
  • spektroskopi inframerah juga dengan mudah membedakan banyak senyawa yang mengandung deuterium, karena perbedaan besar dalam frekuensi penyerapan infra merah terlihat dalam vibrasi ikatan kimia yang mengandung deuterium, dibandingkan cahaya hidrogen.