Deuterium

Dari Wikipedia, ensiklopedia bebasLangsung ke: navigasi, cariHidrogen-2Hidrogen-2.svgMeja penuhUmumNama, simbol deuterium, 2H atau DNeutron 1Proton 1Data nuklidaKelimpahan alami 0,0156% (Bumi)Stabil paruhIsotop massa 2.01410178 uBerputar 1 +Kelebihan energi 13,135.720 ± 0,001 keVBinding energi 2,224.52 ± 0,20 keV\

Deuterium (simbol D atau 2H, juga dikenal sebagai hidrogen berat) adalah salah satu dari dua isotop stabil hidrogen. Ia memiliki kelimpahan alami di samudra Bumi sekitar satu atom dalam 6.420 hidrogen. Jadi rekening deuterium untuk sekitar 0,0156% (atau secara massal: 0,0312%) dari semua hidrogen yang terjadi secara alami di lautan, sedangkan isotop yang paling umum (hidrogen-1 atau protium) menyumbang lebih dari 99,98%. Kelimpahan deuterium berubah sedikit dari satu jenis air alami yang lain (lihat VSMOW).Inti deuterium, disebut deuteron, mengandung satu proton dan satu neutron, sedangkan isotop hidrogen jauh lebih umum, protium, tidak memiliki neutron dalam inti. Nama deuterium isotop yang terbentuk dari deuteros Yunani yang berarti "kedua", untuk menunjukkan dua partikel menyusun inti. [1] Deuterium ditemukan dan dinamai pada tahun 1931 oleh Harold Urey, produktif dia Hadiah Nobel pada tahun 1934. Ini mengikuti penemuan neutron pada tahun 1932, yang membuat struktur nuklir deuterium jelas. Segera setelah penemuan deuterium ini, Urey dan lain-lain menghasilkan sampel "air berat" di mana deuterium telah sangat terkonsentrasi sehubungan dengan protium tersebut.
Karena deuterium hancur dalam interior bintang lebih cepat daripada itu diproduksi, dan karena proses alam lainnya diperkirakan hanya menghasilkan jumlah yang signifikan dari deuterium, itu saat ini berpikir bahwa hampir semua deuterium ditemukan di alam diproduksi di Big Bang 13,8 miliar tahun yang lalu, dan bahwa rasio dasar atau primordial hidrogen-1 (protium) ke deuterium (sekitar 26 atom deuterium per juta atom hidrogen) berawal dari waktu itu. Ini adalah perbandingan yang ditemukan di planet gas raksasa, seperti Jupiter. Namun, badan-badan astronomi yang berbeda yang ditemukan memiliki rasio berbeda deuterium untuk hidrogen-1, dan ini dianggap sebagai akibat dari proses pemisahan isotop alam yang terjadi dari pemanasan matahari dari es di komet. Seperti air siklus cuaca bumi, proses pemanasan tersebut dapat memperkaya deuterium sehubungan dengan protium. Bahkan, penemuan deuterium / protium rasio di sejumlah komet sangat mirip dengan rasio rata-rata di lautan bumi (156 atom deuterium per juta hidrogen) telah menyebabkan teori bahwa banyak dari air laut bumi memiliki asal komet. [2 ] [3]Deuterium / protium rasio sehingga terus menjadi topik penelitian aktif di kedua astronomi dan klimatologi.Isi

    1 Perbedaan antara deuterium dan hidrogen umum (protium)
        1.1 simbol Kimia
        1.2 Deuterium dan Big Bang nukleosintesis
        1.3 Kelimpahan
        1.4 Berkonsentrasi deuterium kelimpahan alami
    2 Properti
        2.1 Sifat fisik
        2.2 sifat Quantum
        2.3 Sifat Nuklir (yang deuteron)
            2.3.1 deuteron massa dan radius
            2.3.2 spin dan energi
            2.3.3 isospin keadaan singlet dari deuteron
            2.3.4 diperkirakan fungsi gelombang dari deuteron
            2.3.5 multipol magnetik dan listrik
    3 Aplikasi
        3.1 Reaktor nuklir
        3.2 spektroskopi NMR
        3.3 Tracing
        3,4 properti Kontras
        3,5 spektroskopi resonansi Nuklir
        3.6 Senjata nuklir
    4 Sejarah
        4.1 Kecurigaan isotop elemen yang lebih ringan
        4.2 Deuterium terdeteksi
        4.3 Penamaan isotop dan Hadiah Nobel
        4.4 "Berat air" percobaan dalam Perang Dunia II
        4.5 Deuterium senjata termonuklir
    5 Data untuk unsur deuterium
    6 Anti-deuterium
    7 Pycnodeuterium
    8 ultradense deuterium
    9 Lihat juga
    10 Referensi
    11 Pranala luarPerbedaan antara deuterium dan hidrogen umum (protium)Simbol kimiaTabung lucutan DeuteriumDeuterium sering diwakili oleh simbol kimia D. Karena itu adalah isotop hidrogen dengan nomor massa 2, juga diwakili oleh 2H. IUPAC memungkinkan baik D dan 2H, meskipun 2H lebih disukai [4] Sebuah simbol kimia yang berbeda digunakan untuk kenyamanan karena penggunaan umum isotop dalam berbagai proses ilmiah.. Juga, perbedaan massa yang besar dengan protium (1H) (deuterium memiliki massa 2,014102 u, dibandingkan dengan hidrogen berat atom rata-rata 1,007947 u, dan massa protium sebesar 1,007825 u) menganugerahkan non-diabaikan ketidakmiripan kimia dengan senyawa protium mengandung, sedangkan rasio berat isotop dalam elemen kimia lainnya sebagian besar tidak signifikan dalam hal ini.Deuterium dan Big Bang nukleosintesisArtikel utama: Big Bang nukleosintesisDeuterium diduga telah memainkan peran penting dalam menentukan jumlah dan rasio unsur-unsur yang terbentuk di Big Bang. Menggabungkan termodinamika dan perubahan yang dibawa oleh ekspansi kosmik, seseorang dapat menghitung fraksi proton dan netron berdasarkan temperatur pada titik bahwa alam semesta mendingin cukup untuk memungkinkan pembentukan inti. Perhitungan ini menunjukkan tujuh proton untuk setiap neutron pada awal nucleogenesis, rasio yang akan tetap stabil bahkan setelah nucleogenesis usai. Fraksi ini mendukung proton pada awalnya, terutama karena massa lebih rendah dari proton disukai produksi mereka. Ketika alam semesta mengembang, itu didinginkan. Neutron dan proton bebas kurang stabil daripada inti helium, dan proton dan neutron memiliki alasan energik kuat untuk membentuk helium-4. Namun, membentuk helium-4 membutuhkan langkah antara pembentukan deuterium.Melalui banyak dari beberapa menit setelah ledakan besar selama nukleosintesis bisa terjadi, suhu cukup tinggi bahwa energi rata-rata per partikel lebih besar dari energi ikat deuterium lemah terikat, sehingga setiap deuterium yang terbentuk segera hancur. Situasi ini dikenal sebagai bottleneck deuterium. Hambatan tertunda pembentukan setiap helium-4 sampai alam semesta menjadi cukup dingin untuk membentuk deuterium (sekitar suhu setara dengan 0,1 MeV atau 100 keV). Pada titik ini, ada ledakan tiba-tiba pembentukan elemen (deuterium pertama, yang segera menyatu dengan helium). Namun, sangat lama kemudian, dua puluh menit setelah Big Bang, alam semesta menjadi terlalu dingin untuk setiap fusi nuklir lebih lanjut dan nukleosintesis terjadi. Pada titik ini, kelimpahan unsur yang hampir tetap, dengan perubahan hanya sebagai beberapa produk radioaktif dari BBN (seperti tritium) peluruhan [5] deuterium bottleneck dalam pembentukan helium, bersama dengan kurangnya cara stabil untuk. helium untuk menggabungkan dengan hidrogen atau dengan dirinya sendiri (tidak ada inti stabil dengan nomor massa dari lima atau delapan) berarti bahwa karbon tidak signifikan, atau unsur yang lebih berat daripada karbon, yang terbentuk di Big Bang. Unsur-unsur ini sehingga diperlukan formasi bintang. Pada saat yang sama, kegagalan banyak nucleogenesis selama Big Bang dipastikan bahwa akan ada banyak hidrogen di alam semesta kemudian tersedia untuk membentuk bintang berumur panjang, seperti matahari kita.KelimpahanDeuterium terjadi dalam jumlah jejak alami sebagai gas deuterium, ditulis 2H2 atau D2, namun kejadian yang paling alami di alam semesta terikat dengan atom 1H khas, gas yang disebut hidrogen deuteride (HD atau 1H2H). [6]Keberadaan deuterium di Bumi, di tempat lain di tata surya (seperti ditegaskan oleh probe planet), dan dalam spektrum bintang, juga merupakan datum penting dalam kosmologi. Gamma radiasi dari biasa nuklir fusi deuterium berdisosiasi menjadi proton dan neutron, dan tidak ada proses alami yang dikenal selain nukleosintesis Dentuman Besar, yang mungkin telah menghasilkan deuterium pada sesuatu yang dekat dengan kelimpahan alami diamati deuterium (deuterium diproduksi oleh cluster langka pembusukan, dan sesekali penyerapan alami neutron oleh hidrogen ringan, tetapi ini adalah sumber sepele). Ada dianggap sedikit deuterium di pedalaman Matahari dan bintang lainnya, seperti pada suhu ada reaksi fusi nuklir yang mengkonsumsi deuterium terjadi jauh lebih cepat daripada reaksi proton-proton yang menciptakan deuterium. Namun, deuterium tetap dalam atmosfer matahari luar di sekitar konsentrasi yang sama seperti di Jupiter, dan ini mungkin telah berubah sejak asal Tata Surya. Kelimpahan alami deuterium tampaknya menjadi fraksi sangat mirip hidrogen, dimanapun hidrogen ditemukan, kecuali ada proses yang jelas di tempat kerja yang berkonsentrasi.Keberadaan deuterium di sebagian kecil primordial rendah tetapi konstan dalam semua hidrogen adalah salah satu dari argumen yang mendukung teori Big Bang atas Negara teori Steady alam semesta. Rasio saat diamati hidrogen menjadi helium ke deuterium di alam semesta sulit untuk menjelaskan kecuali dengan model Big Bang. Diperkirakan bahwa kelimpahan deuterium belum berkembang secara signifikan karena produksi mereka sekitar 13,7 bya. [7]Kelimpahan deuterium di atmosfer Jupiter telah diukur secara langsung (oleh wahana penjelajah ruang angkasa Galileo sebagai 26 atom per juta atom hidrogen. Pengamatan ISO-SWS menemukan 22 atom per juta atom hidrogen di Jupiter. [8] dan kelimpahan ini diduga mewakili dekat dengan rasio tata surya purba [3] Ini adalah sekitar 17% dari rasio deuterium-untuk-hidrogen terestrial dari 156 atom deuterium per juta atom hidrogen..Badan komet seperti Comet Hale Bopp dan Komet Halley telah diukur mengandung relatif lebih deuterium (sekitar 200 atom D per juta hidrogen), rasio yang diperkaya sehubungan dengan rasio nebula protosolar diduga, mungkin karena pemanasan, dan yang serupa dengan rasio ditemukan dalam air laut Bumi. Pengukuran terakhir jumlah deuterium dari 161 atom D per juta hidrogen di Comet 103P/Hartley (mantan objek Sabuk Kuiper), rasio hampir persis bahwa dalam lautan bumi, menekankan teori bahwa air permukaan bumi mungkin sebagian besar komet berasal. [ 2] [3]Deuterium juga telah diketahui dapat berkonsentrasi atas kelimpahan matahari rata-rata di planet terestrial lainnya, khususnya Mars dan Venus.Berkonsentrasi deuterium kelimpahan alamiDeuterium terkonsentrasi untuk, tujuan ilmiah dan militer industri sebagai air berat dari air biasa. Pemasok terkemuka dunia dari deuterium adalah Energi Atom Kanada Limited, di Kanada, sampai tahun 1997, ketika pabrik air berat lalu ditutup. Kanada menggunakan air berat sebagai moderator neutron untuk pengoperasian reaktor CANDU desain.PropertiSifat fisikSifat fisik senyawa deuterium dapat menunjukkan efek isotop kinetik yang signifikan dan perbedaan properti lainnya fisik dan kimia dari analog hidrogen,. Misalnya, D2O lebih kental daripada H2O [9] 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. Obligasi yang melibatkan deuterium dan tritium yang agak kuat daripada ikatan yang sesuai dalam hidrogen, dan perbedaan ini cukup untuk membuat perubahan signifikan dalam reaksi biologis.Deuterium dapat menggantikan hidrogen normal dalam molekul air untuk membentuk air berat (D2O), yaitu sekitar 10,6% lebih padat daripada air biasa (cukup bahwa es yang terbuat dari itu tenggelam dalam air biasa). Air berat sedikit beracun pada hewan eukariotik, dengan 25% pengganti air menyebabkan masalah pembelahan sel tubuh dan sterilitas, dan 50% substitusi menyebabkan kematian oleh sindrom sitotoksik (kegagalan sumsum tulang dan kegagalan lapisan gastrointestinal). Organisme prokariotik, bagaimanapun, dapat bertahan dan tumbuh dalam air berat murni (meskipun mereka tumbuh lebih lambat). [10] Konsumsi air berat tidak menimbulkan ancaman kesehatan bagi manusia, diperkirakan bahwa 70 kg orang mungkin minum 4,8 liter air berat tanpa konsekuensi serius [11] Dosis kecil air berat (beberapa gram pada manusia, yang mengandung sejumlah deuterium sebanding dengan yang biasanya hadir dalam tubuh) secara rutin digunakan sebagai pelacak metabolis berbahaya pada manusia dan hewan..Sifat kuantumDeuteron memiliki berputar +1 ("triplet") dan dengan demikian boson. NMR frekuensi deuterium berbeda secara signifikan dari yang umum hidrogen cahaya. Spektroskopi inframerah juga dengan mudah membedakan banyak senyawa deuterated, karena perbedaan besar dalam frekuensi serapan IR terlihat dalam vibrasi ikatan kimia yang mengandung deuterium, dibandingkan hidrogen ringan. Kedua isotop stabil hidrogen juga dapat dibedakan dengan menggunakan spektrometri massa.Triplet deuteron nukleon hampir tidak terikat pada EB = 2.23 MeV, sehingga semua keadaan energi yang lebih tinggi tidak terikat. Singlet deuteron adalah negara virtual, dengan energi ikat negatif ~ 60 keV. Tidak ada partikel yang stabil seperti itu, tapi partikel virtual ini transiently ada selama hamburan neutron inelastik-proton, akuntansi untuk neutron biasa besar hamburan penampang proton [12].Sifat Nuklir (yang deuteron)Deuteron massa dan radiusInti deuterium disebut deuteron. Ia memiliki massa 2,013553212724 (78) u [13] Biaya radius deuteron adalah 2,1402 (28) fm [14]Berputar dan energiDeuterium merupakan salah satu dari hanya empat nuklida stabil dengan jumlah ganjil proton dan neutron ganjil. (2H, 6Li, 10B, 14N,. Juga, para nuklida radioaktif yang berumur panjang 40K, 50V, 138La, 180mTa terjadi secara alami) Kebanyakan inti aneh-aneh tidak stabil sehubungan dengan peluruhan beta, karena produk pembusukan bahkan-bahkan, dan karena itu lebih terikat, karena efek pasangan nuklir. Deuterium, bagaimanapun, manfaat dari memiliki proton dan neutron digabungkan dengan spin-1 negara, yang memberikan daya tarik nuklir kuat, yang sesuai spin-1 negara tidak ada dalam sistem dua neutron atau dua-proton, karena Pauli prinsip pengecualian yang akan membutuhkan satu atau partikel lain yang identik dengan spin yang sama untuk memiliki beberapa bilangan kuantum lainnya berbeda, seperti momentum sudut orbital. Tapi momentum sudut orbital partikel baik memberikan energi yang mengikat yang lebih rendah untuk sistem, terutama karena meningkatnya jarak dari partikel dalam gradien curam gaya nuklir. Dalam kedua kasus, hal ini menyebabkan inti diproton dan dineutron menjadi tidak stabil.Proton dan neutron yang membentuk deuterium dapat dipisahkan melalui interaksi arus netral dengan neutrino. Penampang untuk interaksi ini relatif besar, dan deuterium telah berhasil digunakan sebagai target neutrino di Sudbury Neutrino Observatory percobaan.Isospin keadaan singlet dari deuteronKarena kesamaan dalam sifat massa dan nuklir antara proton dan neutron, mereka kadang-kadang dianggap sebagai dua jenis simetris dari objek yang sama, nukleon. Sementara hanya proton memiliki muatan listrik, hal ini sering diabaikan karena lemahnya interaksi elektromagnetik relatif terhadap interaksi nuklir kuat. Simetri berkaitan proton dan neutron dikenal sebagai isospin dan dilambangkan I (atau kadang-kadang T).Isospin adalah SU (2) simetri, seperti berputar biasa, jadi sangat sejalan dengan itu. Proton dan neutron membentuk isospin doublet, dengan "down" negara (↓) menjadi neutron, dan "up" negara (↑) menjadi proton.Sepasang nukleon dapat menjadi dalam keadaan antisymmetric dari isospin disebut singlet, atau dalam keadaan simetris disebut triplet. Dalam hal "bawah" negara dan "up" negara, singlet adalah

    \ Frac {1} {\ sqrt {2}} \ Big (| \ uparrow \ downarrow \ rangle - | \ downarrow \ uparrow \ rangle \ Big).Ini adalah inti dengan satu proton dan satu neutron, yaitu inti deuterium. Triplet adalah

    \ Left (\ begin {array yang} {ll} | \ uparrow \ uparrow \ rangle \ \ \ frac {1} {\ sqrt {2}} (| \ uparrow \ downarrow \ rangle + | \ downarrow \ uparrow \ rangle) \ \ | \ downarrow \ downarrow \ rangle \ end {array yang} \ right)dan dengan demikian terdiri dari tiga jenis inti, yang seharusnya menjadi simetris: inti deuterium (sebenarnya negara yang sangat bersemangat itu), inti dengan dua proton, dan inti dengan dua neutron. Yang terakhir dua inti tidak stabil atau hampir stabil, dan karena itu jadi jenis deuterium (berarti bahwa memang negara yang sangat bersemangat deuterium).Didekati fungsi gelombang dari deuteronThe deuteron fungsi gelombang harus antisymmetric jika representasi isospin digunakan (sejak proton dan neutron tidak partikel identik, fungsi gelombang tidak perlu menjadi antisymmetric pada umumnya). Selain isospin mereka, dua nukleon juga memiliki spin dan distribusi spasial fungsi gelombang mereka. Yang terakhir adalah simetrik jika deuteron adalah simetris di bawah paritas (yaitu memiliki paritas "bahkan" atau "positif"), dan antisymmetric jika deuteron adalah antisymmetric bawah paritas (yaitu memiliki "aneh" atau "negatif" paritas). Paritas ini sepenuhnya ditentukan oleh total momentum sudut orbital dari dua nukleon: jika bahkan kemudian paritas bahkan (positif), dan jika ganjil maka paritas aneh (negatif).Deuteron, menjadi isospin singlet, adalah antisymmetric bawah pertukaran nukleon karena isospin, dan karena itu harus simetris bawah pertukaran ganda spin mereka dan lokasi. Oleh karena itu dapat berada di salah satu dari dua negara yang berbeda sebagai berikut:

    Berputar Symmetric dan simetris di bawah paritas. Dalam kasus ini, pertukaran dua nukleon akan memperbanyak fungsi gelombang deuterium oleh (-1) dari isospin pertukaran, (+1) dari pertukaran berputar dan (+1) dari paritas (pertukaran lokasi), untuk total (-1 ) seperti yang diperlukan untuk antisymmetry.
    Berputar antisymmetric dan antisimetrik bawah paritas. Dalam kasus ini, pertukaran dua nukleon akan memperbanyak fungsi gelombang deuterium oleh (-1) dari isospin pertukaran, (-1) dari pertukaran berputar dan (-1) dari paritas (pertukaran lokasi), sekali lagi untuk total (- 1) seperti yang diperlukan untuk antisymmetry.Dalam kasus pertama deuteron adalah triplet spin, sehingga jumlah s spin adalah 1. Ia juga memiliki paritas genap dan karena itu, bahkan momentum sudut orbital l; lebih rendah momentum orbital sudutnya, semakin rendah energinya. Oleh karena itu keadaan energi terendah memiliki s = 1, l = 0.Dalam kasus kedua deuteron adalah singlet berputar, sehingga jumlah s spin adalah 0. Ia juga memiliki paritas ganjil dan aneh karena momentum sudut orbital l. Oleh karena itu keadaan energi terendah memiliki s = 0, l = 1.Karena s = 1 memberikan daya tarik nuklir kuat, keadaan dasar deuterium dalam s = 1, l = 0 negara.Pertimbangan yang sama mengarah pada negara mungkin dari triplet isospin memiliki s = 0, l = genap atau s = 1, l = aneh. Dengan demikian keadaan energi terendah memiliki s = 1, l = 1, lebih tinggi dibandingkan dengan isospin singlet.Analisis hanya diberikan sebenarnya hanya perkiraan, baik karena isospin bukan simetri yang persis, dan yang lebih penting karena interaksi nuklir kuat antara dua nukleon berkaitan dengan momentum sudut dalam interaksi spin-orbit yang mencampur berbeda s dan l negara. Artinya, s dan aku tidak konstan dalam waktu (mereka tidak bolak-balik dengan Hamilton), dan dari waktu ke waktu keadaan seperti s = 1, l = 0 dapat menjadi keadaan s = 1, l = 2. Paritas masih konstan dalam waktu sehingga ini tidak bercampur dengan aneh l negara (seperti s = 0, l = 1). Oleh karena itu keadaan kuantum deuterium adalah superposisi (kombinasi linear) dari s = 1, l = 0 negara dan s = 1, l = 2 negara, meskipun komponen pertama jauh lebih besar. Karena total momentum sudut j juga merupakan bilangan kuantum yang baik (itu adalah konstan dalam waktu), kedua komponen harus memiliki j yang sama, dan karena itu j = 1. Ini adalah total spin inti deuterium.Untuk meringkas, inti deuterium adalah antisymmetric dalam hal isospin, dan memiliki berputar 1 dan bahkan (+1) paritas. Momentum sudut relatif nukleon l yang tidak didefinisikan dengan baik, dan deuteron adalah superposisi sebagian besar l = 0 dengan beberapa l = 2.Multipol magnet dan listrikDalam rangka untuk menemukan secara teoritis deuterium magnet dipol μ saat, satu menggunakan rumus untuk momen magnetik nuklir

    \ Mu = {1 \ over (j +1)} \ Langle (l, s), j, j = m_j | \ overrightarrow {\ mu} \ cdots \ overrightarrow {j} | (l, s), j, m_j = j \ rangledengan

    \ Overrightarrow {\ mu} = g ^ {(l)} \ overrightarrow {l} + g ^ {(s)} \ overrightarrow {s}g (l) dan g (s) g-faktor dari nukleon.Karena proton dan neutron memiliki nilai yang berbeda untuk g (l) dan g (s), seseorang harus memisahkan kontribusi mereka. Masing-masing mendapat setengah dari deuterium momentum sudut orbital \ overrightarrow {l} dan berputar \ overrightarrow {s}. Salah tiba di

    \ Mu = {1 \ over (j +1)} \ Langle (l, s), j, j = m_j | \ left ({1 \ over 2} \ overrightarrow {l} {g ^ {(l)}} _p + {1 \ over 2} \ overrightarrow {s} ({g ^ {(s)}} + {_p g ^ {(s)}} _n) \ right) \ cdots \ overrightarrow {j} | (l, s), j, j = m_j \ rangledimana subskrip p dan n berdiri untuk proton dan neutron, dan g (l) n = 0.Dengan menggunakan identitas yang sama seperti di sini dan menggunakan nilai g (l) p = 1 μN, kita sampai pada hasil berikut, dalam satuan magneton nuklir

    \ Mu = {1 \ over 4 (j +1)} \ left [({g ^ {(s)}} + {_p g ^ {(s)}} _n) \ big (j (j +1) - l (l +1) + s (s +1) \ besar) + \ big (j (j +1) + l (l +1) - s (s +1) \ besar) \ right]Untuk s = 1, l = 0 negara (j = 1), kita memperoleh

    \ Mu = {1 \ over 2} ({g ^ {(s)}} + {_p g ^ {(s)}} _n) = 0.879Untuk s = 1, l = 2 negara (j = 1), kita memperoleh

    \ Mu = - {1 \ over 4} ({g ^ {(s)}} + {_p g ^ {(s)}} _n) + {3 \ lebih dari 4} = 0.310Nilai diukur dari deuterium momen dipol magnetik, adalah 0,857 μN. Hal ini menunjukkan bahwa keadaan deuterium memang hanya sekira s = 1, l = 0 negara, dan sebenarnya merupakan kombinasi linear dari (kebanyakan) negara ini dengan s = 1, l = 2 negara.Dipol listrik adalah nol seperti biasa.Diukur kuadrupol listrik deuterium adalah 0,2859 e · FM2. Sedangkan urutan besarnya adalah wajar, karena radius deuterium adalah urutan 1 femtometer (lihat di bawah) dan muatan listrik adalah e, ​​model di atas tidak cukup untuk perhitungan nya. Lebih khusus lagi, kuadrupol listrik tidak mendapatkan kontribusi dari l = 0 negara (yang merupakan salah satu yang dominan) dan tidak mendapatkan kontribusi dari istilah pencampuran l = 0 dan l = 2 negara, karena operator kuadrupol listrik tidak tidak bolak-balik dengan momentum sudut. Sumbangan terakhir ini dominan dalam ketiadaan l = 0 murni kontribusi, tetapi tidak dapat dihitung tanpa mengetahui bentuk spasial yang tepat dari fungsi gelombang nukleon dalam deuterium.Tinggi magnet dan listrik saat multipole tidak dapat dihitung dengan model di atas, untuk alasan yang sama.AplikasiDeuterium terionisasi dalam reaktor fusi IEC memberi dari cahaya khas merah muda-merahSpektrum emisi dari lampu busur deuterium ultravioletDeuterium memiliki sejumlah penggunaan komersial dan ilmiah. Ini termasuk:Reaktor nuklirDeuterium digunakan dalam reaktor fisi moderator air berat, biasanya sebagai D2O cair, untuk memperlambat neutron tanpa resapan neutron tinggi hidrogen biasa. [15] Ini adalah penggunaan komersial umum untuk jumlah yang lebih besar dari deuterium.Dalam reaktor riset, D2 cair digunakan dalam sumber-sumber dingin sampai sedang neutron untuk energi yang sangat rendah dan panjang gelombang yang sesuai untuk hamburan percobaan.Eksperimen, deuterium adalah nuklida yang paling umum digunakan dalam desain reaktor fusi nuklir, terutama dalam kombinasi dengan tritium, karena laju reaksi besar (atau penampang nuklir) dan menghasilkan energi tinggi dari reaksi D-T. Ada reaksi fusi D-3He bahkan lebih tinggi-hasil, meskipun titik impas dari D-3He lebih tinggi daripada kebanyakan reaksi fusi lain, bersama-sama dengan kelangkaan 3He, ini membuatnya tidak masuk akal sebagai sumber daya praktis sampai setidaknya D-T dan reaksi fusi D-D telah dilakukan pada skala komersial. Namun, fusi nuklir komersial belum menjadi teknologi dicapai.Spektroskopi NMRArtikel utama: Deuterium NMRNMR deuterium terutama informatif dalam keadaan padat karena saat quadrupole relatif kecil dibandingkan dengan orang-orang inti quadrupolar besar seperti klorin-35, misalnya.JiplakanDalam kimia, biokimia dan ilmu lingkungan, deuterium digunakan sebagai non-radioaktif, isotop pelacak stabil, misalnya, dalam tes air ganda berlabel. Dalam reaksi kimia dan jalur metabolik, deuterium berperilaku agak mirip dengan hidrogen biasa (dengan perbedaan kimia beberapa, seperti dicatat). Hal ini dapat dibedakan dari hidrogen biasa paling mudah dengan massanya, menggunakan spektrometri massa atau spektrometri inframerah. Deuterium dapat dideteksi dengan femtosecond spektroskopi inframerah, karena perbedaan massa drastis mempengaruhi frekuensi getaran molekul, getaran ikatan deuterium-karbon yang ditemukan di lokasi bebas dari sinyal lain.Pengukuran variasi kecil dalam kelimpahan alami deuterium, bersama dengan orang-orang dari stabil isotop oksigen berat 17O dan 18O, sangat penting dalam hidrologi, untuk melacak asal-usul geografis perairan bumi. Isotop berat hidrogen dan oksigen dalam air hujan (disebut air meteorik) diperkaya sebagai fungsi dari temperatur lingkungan dari daerah di mana curah hujan jatuh (dan dengan demikian pengayaan berhubungan berarti lintang). Relatif pengayaan isotop berat dalam air hujan (sebagai referensi berarti air laut), ketika diplot terhadap suhu jatuh diduga sepanjang garis yang disebut garis air meteorik dunia (GMWL). Plot ini memungkinkan sampel presipitasi-berasal air untuk diidentifikasi bersama dengan informasi umum tentang iklim di mana ia berasal. Evaporasi dan proses lainnya dalam badan air, serta proses air tanah, juga diferensial mengubah rasio hidrogen berat dan isotop oksigen dalam air tawar dan garam, dengan cara karakteristik dan sering regional khas. [16]Sifat KontrasTeknik hamburan neutron terutama keuntungan dari ketersediaan sampel deuterated: The H dan D penampang sangat berbeda dan berbeda dalam tanda, yang memungkinkan variasi kontras dalam percobaan tersebut. Selanjutnya, masalah gangguan hidrogen biasa inkoheren neutron penampang yang besar, yang adalah nihil untuk D. substitusi atom deuterium untuk atom hidrogen sehingga mengurangi hamburan kebisingan.Hidrogen merupakan komponen penting dan utama dalam semua bahan kimia organik dan ilmu hayati, tetapi hampir tidak berinteraksi dengan sinar-X. Sebagai hidrogen (deuterium dan) berinteraksi kuat dengan neutron, teknik hamburan neutron, bersama-sama dengan fasilitas deuterasi modern, [17] mengisi ceruk dalam banyak studi makromolekul dalam biologi dan banyak daerah lain.Spektroskopi resonansi nuklirDeuterium berguna dalam spektroskopi resonansi magnetik nuklir hidrogen (proton NMR). NMR biasanya membutuhkan senyawa yang menarik untuk dianalisis sebagai dilarutkan dalam larutan. Karena sifat spin deuterium ini yang berbeda dari hidrogen ringan biasanya hadir dalam molekul organik, NMR hidrogen / protium sangat terdiferensiasi dari yang deuterium, dan dalam praktek deuterium tidak "dilihat" oleh instrumen NMR disetel untuk cahaya hidrogen . Pelarut deuterated (termasuk air berat, tetapi juga senyawa seperti deuterated kloroform, CDCl3) karena itu secara rutin digunakan dalam spektroskopi NMR, untuk memungkinkan hanya spektrum cahaya hidrogen dari senyawa yang menarik yang akan diukur, tanpa campur tangan pelarut-sinyal.Senjata nuklirHal ini dibahas di bawah ini. Perlu dicatat bahwa meskipun sebagian besar bintang (termasuk Matahari) menghasilkan energi selama sebagian besar hidup mereka oleh hidrogen sekering menjadi unsur yang lebih berat, seperti fusi hidrogen ringan (protium) belum pernah sukses dalam kondisi dicapai di Bumi. Jadi, semua fusi buatan, termasuk fusi hidrogen yang terjadi dalam apa yang disebut bom hidrogen, membutuhkan hidrogen berat (deuterium atau tritium baik, atau keduanya) agar proses untuk bekerja.SejarahKecurigaan isotop elemen yang lebih ringanKeberadaan isotop nonradioactive elemen ringan telah dicurigai dalam studi neon sedini tahun 1913, dan terbukti dengan spektrometri massa dari unsur cahaya pada tahun 1920. Teori yang berlaku pada saat itu, bagaimanapun, adalah bahwa isotop adalah karena adanya perbedaan jumlah "elektron nuklir" dalam atom yang berbeda dari suatu elemen. Diharapkan bahwa hidrogen, dengan terukur rata-rata massa atom sangat dekat dengan 1 u, massa dikenal proton, selalu memiliki inti terdiri dari proton tunggal (partikel dikenal), dan karena itu tidak bisa mengandung elektron nuklir tanpa kehilangan seluruhnya muatannya. Dengan demikian, hidrogen bisa tidak memiliki isotop berat.Deuterium terdeteksiHarold UreyIni pertama kali terdeteksi spektroskopis pada akhir 1931 oleh Harold Urey, seorang ahli kimia di Columbia University. Kolaborator Urey itu, Ferdinand Brickwedde, suling lima liter cryogenically diproduksi hidrogen cair untuk 1 mL cairan, dengan menggunakan laboratorium fisika temperatur rendah yang baru saja berdiri di National Bureau of Standards di Washington, DC (sekarang Institut Nasional Standar dan Teknologi). Teknik ini sebelumnya telah digunakan untuk mengisolasi isotop berat neon. Teknik boiloff kriogenik terkonsentrasi fraksi massa-2 isotop hidrogen ke tingkat yang membuat identifikasi spektroskopi yang ambigu. [18] [19]Penamaan isotop dan Hadiah NobelUrey menciptakan nama protium, deuterium, dan tritium dalam sebuah artikel yang diterbitkan pada tahun 1934. Nama ini sebagian didasarkan pada saran dari GN Lewis yang telah mengusulkan nama "deutium". Nama ini berasal dari bahasa Yunani deuteros (kedua), dan inti untuk disebut "deuteron" atau "deuton". Isotop dan elemen baru secara tradisional diberi nama yang penemu mereka memutuskan. Beberapa kimiawan Inggris, seperti Ernest Rutherford, ingin isotop untuk disebut "diplogen", dari diploos Yunani (ganda), dan inti yang akan dipanggil diplon. [1]Jumlah disimpulkan untuk kelimpahan normal isotop ini berat hidrogen begitu kecil (hanya sekitar 1 atom dalam 6400 atom hidrogen dalam air laut (156 deuterium per juta hidrogen) bahwa itu tidak terasa mempengaruhi pengukuran sebelumnya (rata-rata) massa atom hidrogen. Ini menjelaskan mengapa belum eksperimental diduga sebelumnya. Urey mampu berkonsentrasi air untuk menunjukkan pengayaan parsial deuterium. Lewis telah menyiapkan sampel pertama air berat murni pada tahun 1933. Penemuan deuterium, datang sebelum penemuan neutron pada tahun 1932, adalah kejutan eksperimental teori, tetapi ketika neutron dilaporkan, membuat keberadaan deuterium semakin dijelaskan, deuterium memenangkan Urey Hadiah Nobel di bidang kimia pada tahun 1934. Lewis adalah sakit hati oleh melewati untuk pengakuan ini diberikan kepada mantan muridnya. [1]"Air berat" percobaan dalam Perang Dunia IIArtikel utama: Air beratSesaat sebelum perang, Hans von Halban dan Lew Kowarski pindah penelitian mereka pada moderasi neutron dari Perancis ke Inggris, penyelundupan pasokan global seluruh air berat (yang telah dibuat di Norwegia) di dalam dua puluh enam drum baja. [20] [ 21]Selama Perang Dunia II, Nazi Jerman dikenal untuk melakukan eksperimen menggunakan air berat sebagai moderator untuk desain reaktor nuklir. Eksperimen tersebut adalah sumber keprihatinan karena mereka mungkin memungkinkan mereka untuk menghasilkan plutonium untuk bom atom. Pada akhirnya menyebabkan operasi Sekutu disebut "sabotase air berat Norwegia", yang tujuannya adalah untuk menghancurkan deuterium produksi / fasilitas pengayaan Vemork di Norwegia. Pada saat ini dianggap penting untuk kemajuan potensi perang.Setelah Perang Dunia II berakhir, Sekutu menemukan bahwa Jerman tidak menempatkan banyak usaha serius ke dalam program seperti yang telah diperkirakan sebelumnya. [Rujukan?] Orang Jerman telah menyelesaikan hanya kecil, sebagian dibangun reaktor eksperimental (yang telah disembunyikan) . Pada akhir perang, Jerman bahkan tidak memiliki seperlima dari jumlah air berat yang diperlukan untuk menjalankan reaktor, sebagian karena operasi sabotase air berat Norwegia. [Rujukan?] Namun, bahkan telah Jerman berhasil mendapatkan reaktor operasional (seperti AS lakukan dengan reaktor grafit pada akhir 1942), mereka masih akan telah setidaknya beberapa tahun lagi dari pengembangan bom atom dengan upaya maksimal. Proses rekayasa, bahkan dengan upaya maksimal dan pendanaan, diperlukan sekitar dua setengah tahun (dari reaktor kritis pertama bom) di Amerika Serikat dan Uni Soviet, misalnya.Deuterium senjata termonuklirArtikel utama: Teller-Ulam desain dan senjata termonuklirSebuah pemandangan perangkat Sosis casing dari Ivy Mike bom hidrogen, dengan instrumentasi dan peralatan kriogenik terpasang. Bom ini mengadakan labu Dewar kriogenik yang mengandung kamar sebanyak 160 kilogram deuterium cair. Bom itu 20 meter. Perhatikan orang duduk di sebelah kanan foto untuk skala.62-ton Ivy Mike perangkat yang dibangun oleh Amerika Serikat dan meledak pada tanggal 1 November 1952, adalah yang pertama sepenuhnya berhasil "bom hidrogen" atau bom termonuklir. Dalam konteks ini, itu adalah bom pertama di mana sebagian besar energi yang dilepaskan berasal dari tahap reaksi nuklir yang diikuti tahap fisi nuklir utama dari bom atom. The Ivy Mike bom dirakit di bangunan yang menyerupai sebuah pabrik, bukan sebagai jenis senjata deliverable. Pada pusatnya, silinder, tabung hampa udara terisolasi yang sangat besar atau cryostat, diadakan deuterium cairan kriogenik dalam volume sekitar 1000 liter (160 kilogram dalam massa, jika buku ini telah terisi penuh). Kemudian, sebuah bom atom konvensional ("primer") di salah satu ujung bom itu digunakan untuk membuat kondisi temperatur ekstrim dan tekanan yang dibutuhkan untuk memulai reaksi termonuklir.Dalam beberapa tahun, yang disebut "kering" bom hidrogen dikembangkan yang tidak membutuhkan hidrogen kriogenik. Informasi yang dirilis menunjukkan bahwa semua senjata termonuklir yang dibangun sejak saat itu mengandung senyawa kimia deuterium dan litium dalam tahap sekunder. Bahan yang mengandung deuterium ini kebanyakan lithium deuteride, dengan lithium terdiri dari isotop lithium-6. Ketika lithium-6 dibombardir dengan neutron cepat dari bom atom, tritium (hidrogen-3) diproduksi, dan kemudian deuterium dan tritium dengan cepat terlibat dalam fusi termonuklir, melepaskan energi yang melimpah, helium-4, dan bahkan neutron lebih bebas .Data unsur deuteriumFormula: D2 atau 21H2

    Kepadatan: 0.180 kg/m3 pada STP (0 ° C, 101,325 kPa).
    Berat atom: 2,0141017926 u.
    Berarti kelimpahan dalam air laut (dari VSMOW) 155,76 ± 0,1 ppm (rasio 1 bagian per bagian sekitar 6420), yaitu sekitar 0,015% dari atom dalam sampel (dengan nomor, bukan berat badan)Data di sekitar 18 K untuk D2 (triple point):

    Kepadatan:
        Cair: 162,4 kg/m3
        Gas: 0,452 kg/m3
    Viskositas: 12,6 μPa · s pada 300 K (fasa gas)
    Kapasitas panas spesifik pada tekanan konstan cp:
        Padat: 2.950 J / (kg · K)
        Gas: 5.200 J / (kg · K)Anti-deuteriumSebuah antideuteron adalah anti-partikel dari inti deuterium, terdiri dari antiproton dan antineutron. Antideuteron ini pertama kali diproduksi pada tahun 1965 di Proton Synchrotron di CERN [22] dan Alternating Gradient Synchrotron di Brookhaven National Laboratory. [23] Sebuah atom lengkap, dengan positron mengorbit inti, akan disebut antideuterium, tetapi sebagai tahun 2005 antideuterium belum dibuat. Usulan Simbol untuk antideuterium adalah D, yaitu, D dengan huruf batang. [24]PycnodeuteriumAtom deuterium dapat diserap ke dalam paladium (Pd) kisi. Mereka efektif dipadatkan sebagai ultrahigh kepadatan deuterium benjolan (Pycnodeuterium) di dalam setiap ruang oktahedral dalam unit sel dari paladium tuan kisi. Hal ini pernah dilaporkan bahwa deuterium diserap ke paladium diaktifkan fusi dingin nuklir. [25] Namun, fusi dingin oleh mekanisme ini belum diterima secara umum oleh komunitas ilmiah. [26]Ultradense deuteriumKeberadaan ultradense deuterium disarankan oleh eksperimen. Bahan ini, dengan kepadatan 140 kg/cm3, akan menjadi satu juta kali lebih padat daripada deuterium biasa, lebih padat dari pada inti Matahari. Bentuk ultradense deuterium dapat memfasilitasi pencapaian laser-induced fusion. [27] Hanya jumlah menit ultradense deuterium telah dihasilkan sejauh ini [28] [29] Pada saat ini, tidak diketahui bagaimana materi yang dihasilkan atau jika. tetap stabil tanpa tekanan, namun, ada dugaan bahwa adalah mungkin untuk menghasilkan keadaan stabil baru dari materi dengan mengompresi deuterium lewat dingin dalam keadaan Rydberg