Deuterium

Deuterium, (D, oder 2H), auch schwerer Wasserstoff genannt, Isotop des Wasserstoffs mit einem Kern, der aus einem Proton und einem Neutron besteht, was die doppelte Masse des Kerns von gewöhnlichem Wasserstoff (ein Proton) ist. Deuterium hat ein Atomgewicht von 2,014. Es ist eine stabile Atomsorte, die in natürlichen Wasserstoffverbindungen zu etwa 0,0156 Prozent vorkommt.

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Wasserstoff: Isotope des Wasserstoffs

…Urey und zwei Mitarbeiter wiesen Deuterium anhand seines Atomspektrums in den Rückständen einer Destillation von flüssigem Wasserstoff nach. Deuterium…

Deuterium wurde (1931) von dem amerikanischen Chemiker Harold C. Urey (für den er 1934 den Nobelpreis für Chemie erhielt) und seinen Mitarbeitern Ferdinand G. Brickwedde und George M. Murphy entdeckt. Urey sagte einen Unterschied zwischen den Dampfdrücken von molekularem Wasserstoff (H2) und einem entsprechenden Molekül, bei dem ein Wasserstoffatom durch Deuterium (HD) ersetzt wurde, voraus und damit die Möglichkeit, diese Stoffe durch Destillation von flüssigem Wasserstoff zu trennen. Das Deuterium wurde (durch sein Atomspektrum) im Rückstand einer Destillation von flüssigem Wasserstoff nachgewiesen. Deuterium wurde erstmals 1933 von Gilbert N. Lewis in reiner Form hergestellt, indem er die von Edward Wight Washburn entdeckte elektrolytische Konzentrationsmethode verwendete. Wenn Wasser elektrolysiert wird – d.h. durch elektrischen Strom zersetzt wird (eigentlich wird eine Wasserlösung mit einem Elektrolyten, meist Natriumhydroxid, verwendet) – enthält das entstehende Wasserstoffgas einen geringeren Anteil an Deuterium als das restliche Wasser, und somit wird Deuterium im Wasser konzentriert. Nahezu reines Deuteriumoxid (D2O; schweres Wasser) erhält man, wenn die Wassermenge durch fortgesetzte Elektrolyse auf etwa ein Hunderttausendstel des ursprünglichen Volumens reduziert wurde.

Deuterium nimmt an allen für gewöhnlichen Wasserstoff charakteristischen chemischen Reaktionen teil und bildet entsprechende Verbindungen. Deuterium reagiert jedoch langsamer als gewöhnlicher Wasserstoff, ein Kriterium, das die beiden Formen des Wasserstoffs unterscheidet. Unter anderem wegen dieser Eigenschaft wird Deuterium häufig als Isotopensucher bei der Untersuchung chemischer und biochemischer Reaktionen mit Wasserstoff eingesetzt.

Die Kernfusion von Deuterium-Atomen oder von Deuterium und dem schwereren Wasserstoff-Isotop Tritium bei hoher Temperatur geht mit der Freisetzung einer enormen Energiemenge einher; solche Reaktionen wurden in thermonuklearen Waffen eingesetzt. Seit 1953 wird anstelle von Deuterium und Tritium der stabile Feststoff Lithiumdeuterid (LiD) verwendet.

Die physikalischen Eigenschaften der molekularen Form des Isotops Deuterium (D2) und der Moleküle von Wasserstoff-Deuterid (HD) werden in der Tabelle mit denen der Moleküle von gewöhnlichem Wasserstoff (H2) verglichen.