Deuterium

Deuterium, (D, of 2H), ook wel zware waterstof genoemd, isotoop van waterstof met een kern bestaande uit één proton en één neutron, die twee keer zo zwaar is als de kern van gewone waterstof (één proton). Deuterium heeft een atoomgewicht van 2,014. Het is een stabiele atoomsoort die in natuurlijke waterstofverbindingen voorkomt in de hoeveelheid van ongeveer 0,0156 procent.

Lees meer over dit onderwerp

waterstof: Isotopen van waterstof

…Urey en twee medewerkers ontdekten deuterium aan de hand van zijn atomaire spectrum in het residu van een destillatie van vloeibare waterstof. Deuterium…

Deuterium werd ontdekt (1931) door de Amerikaanse scheikundige Harold C. Urey (waarvoor hij in 1934 de Nobelprijs voor scheikunde kreeg) en zijn medewerkers Ferdinand G. Brickwedde en George M. Murphy. Urey voorspelde een verschil tussen de dampspanning van moleculaire waterstof (H2) en van een overeenkomstig molecuul waarvan één waterstofatoom is vervangen door deuterium (HD) en dus de mogelijkheid om deze stoffen te scheiden door destillatie van vloeibare waterstof. Het deuterium werd ontdekt (aan de hand van zijn atomair spectrum) in het residu van een distillatie van vloeibare waterstof. Deuterium werd voor het eerst in zuivere vorm bereid in 1933 door Gilbert N. Lewis, met behulp van de elektrolytische concentratiemethode die werd ontdekt door Edward Wight Washburn. Wanneer water wordt geëlektrolyseerd – d.w.z. ontleed door een elektrische stroom (in feite wordt een wateroplossing van een elektrolyt, gewoonlijk natriumhydroxide, gebruikt) – bevat het geproduceerde waterstofgas een kleinere fractie deuterium dan het overblijvende water, en derhalve wordt deuterium in het water geconcentreerd. Zeer bijna zuiver deuteriumoxide (D2O; zwaar water) wordt verkregen wanneer de hoeveelheid water door voortdurende elektrolyse is teruggebracht tot ongeveer een honderdduizendste van het oorspronkelijke volume.

Deuterium gaat alle chemische reacties aan die kenmerkend zijn voor gewone waterstof, en vormt gelijkwaardige verbindingen. Deuterium reageert echter langzamer dan gewone waterstof, een criterium dat de twee vormen van waterstof onderscheidt. Onder andere vanwege deze eigenschap wordt deuterium veel gebruikt als isotopische tracer bij onderzoek van chemische en biochemische reacties waarbij waterstof betrokken is.

Bij de kernfusie van deuteriumatomen of van deuterium en de zwaardere waterstofisotoop tritium bij hoge temperatuur komt een enorme hoeveelheid energie vrij; dergelijke reacties zijn gebruikt in thermonucleaire wapens. Sinds 1953 wordt de stabiele vaste stof lithiumdeuteride (LiD) gebruikt in plaats van zowel deuterium als tritium.

De fysische eigenschappen van de moleculaire vorm van de isotoop deuterium (D2) en de moleculen van waterstofdeuteride (HD) worden in de tabel vergeleken met die van de moleculen van gewone waterstof (H2).