Deuterium
Deuterium (von griechisch δευτερον: "das Zweite") ist neben Protium und Tritium ein Isotop des Wasserstoffes. Sein Atomkern wird auch Deuteron genannt.
Beschreibung
Das korrekte chemische Symbol ist 2H, aus Gründen der Vereinfachung in der Formelschreibweise ist auch D geläufig.
Im Gegensatz zum 1H Wasserstoff, bei dem der Atomkern aus einem einzigen Proton besteht, besteht der Deuteriumkern aus einem Proton und einem Neutron. Der Anteil an Deuterium in natürlich vorkommendem Wasserstoff beträgt 0,015 %. Da keine Prozesse der stellaren Nukleosynthese bekannt sind, die Deuterium erzeugen, geht man davon aus, dass es alleine in der primordialen Nukleosynthese unmittelbar nach dem Urknall entstanden ist. Deshalb ist die Häufigkeit des Deuteriums im Kosmos ein wichtiger Parameter für kosmologische Modelle.
Ersetzt man beim Wasser (H2O) den Wasserstoff durch Deuterium, so erhält man schweres Wasser (D2O). Wird der Wasserstoff nur zur Hälfte durch Deuterium ersetzt, erhält man halbschweres Wasser (HDO). Die Dichte von D2O beträgt 1,1047 g/cm³ bei 25 °C, Der Schmelzpunkt liegt bei 3,8 °C und der Siedepunkt bei 101,4 °C. Das Dichtemaximum liegt bei 11,2 °C (Wasser: 3,98 °C). Dieser Unterschied in physikalischen Eigenschaften wird als der Isotopeneffekt bezeichnet. Er ist nirgends so stark ausgeprägt wie bei dem Paar 1H - 2H. Schweres Wasser ist in größerer Konzentration wegen seiner verminderten Lösefähigkeit giftig.
Da Deuteronen ein geringeres Tunnelvermögen besitzen als Protonen und daher in biologischen Systemen die Aufrechterhaltung der elektrochemischen Gradienten an mitochondrialen Membranen, welche ausschlaggebend für die Synthese von ATP sind, erschweren, ist es ebenfalls giftig.
Deuterium lässt sich leichter anreichern als Isotope der schweren Elemente wie z. B. Uran, weil das Massenverhältnis zwischen Protium und Deuterium sehr groß ist (ca. 2). In den ersten Anreicherungsstufen kommt gewöhnlich der Girdler-Sulfid-Prozess zum Einsatz. Dabei wird ausgenutzt, dass in einer wässrigen Schwefelwasserstoff-Lösung beide Molekülarten Wasserstoff austauschen können. Bei niedrigen Temperaturen wandert das Deuterium bevorzugt zum Wasser, bei hohen Temperaturen ist es umgekehrt. In der letzten Anreicherungsstufe wird das Gemisch aus H2O, HDO und D2O durch Destillation getrennt.
Eingesetzt wird Deuterium als Moderator in Kernreaktoren (hier in Form von schwerem Wasser), als Brennstoff in Wasserstoffbomben und als Tracer in der Chemie und Biologie. Außerdem soll in zukünftigen Fusionsreaktoren ein Gemisch aus Deuterium und Tritium als Brennstoff verwendet werden.
Deuterium wurde 1931 von Harold Clayton Urey entdeckt, wofür er 1934 den Chemienobelpreis erhielt.
Siehe auch
Kategorie:Kernenergie
Kategorie:Chemisches Element