ดิวเทอเรียม

ดิวเทอเรียม
ตารางแบบเต็ม
ทั่วไป
ชื่อ, สัญลักษณ์	ไฮโดรเจน-2, ^2H หรือ D
นิวตรอน	1
โปรตอน	1
ข้อมูลนิวเคลียส
พบในธรรมชาติ	0.0115%(Earth)
ครึ่งชีวิต	เสถียร
มวลไอโซโทป	2.01410178 u
สปิน	1^+
พลังงานเกิน	13135.720 ± 0.001 keV
พลังงานยึดเหนี่ยว	2224.52 ± 0.2 keV

ดิวเทอเรียม (อังกฤษ: Deuterium) สัญญลักษณ์ ²H ถูกเรียกอีกชื่อหนึ่งว่าไฮโดรเจนหนัก เป็นหนึ่งในสองของไอโซโทปของไฮโดรเจนที่เสถียร โดยที่นิวเคลียสของอะตอมมีโปรตอน 1 ตัวและนิวตรอน 1 ตัว ในขณะที่ไอโซโทปของไฮโดรเจนที่รู้จักกันทั่วไปมากกว่าที่เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า โปรเทียม (อังกฤษ: protium) มีเพียงโปรตอนเดียวเท่านั้น ไม่มีนิวตรอน ดิวเทอเรียมมี'ความอุดมในธรรมชาติ' โดยพบในมหาสมุทรทั่วไปประมาณหนึ่งอะตอมใน 6420 อะตอมของไฮโดรเจน ทำให้ดิวเทอเรียมมีสัดส่วนที่ประมาณ 0.0156% (หรือ 0.0312% ถ้าคิดตามมวล) ของไฮโดรเจนที่เกิดในธรรมชาติทั้งหมดในมหาสมุทร ในขณะที่โปรเทียมมีสัดส่วนมากกว่า 99.98% ความอุดมของดิวเทอเรียมเปลี่ยนแปงเล็กน้อยตามชนิดของน้ำตามธรรมชาติ (ดู ค่าเฉลี่ยของน้ำในมหาสมุทรตามมาตรฐานเวียนนา) นิวเคลียสของดิวเทอเรียมเรียกว่าดิวเทอรอน

เราใช้สัญลักษณ์ ²H แทนดิวเทอเรียม อย่างไรก็ตาม บ่อยครั้งที่เราใช้ D แทนดิวเทอเรียม เช่นเมื่อเราต้องการจะเขียนสัญลักษณ์แทนโมเลกุลก๊าซดิวเทอเรียม จะสามารถเขียนแทนได้ว่า ²H₂ หรือ D₂ ก็ได้

หากแทนที่ดิวเทอเรียมในโมเลกุลของน้ำ จะทำให้เกิดสารดิวเทอเรียมออกไซด์หรือที่เรียกว่าน้ำมวลหนักขึ้น ถึงแม้น้ำชนิดหนักจะไม่เป็นสารพิษที่ร้ายแรงมากนัก แต่ก็ไม่เคยถูกนำมาใช้ในการอุปโภคบริโภค

การมีอยู่ของดิวเทอเรียมในดาวฤกษ์เป็นข้อมูลสำคัญในวิชาจักรวาลวิทยา โดยปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันในดาวฤกษ์จะทำลายดิวเทอเรียม ยังไม่พบกระบวนการในธรรมชาติใดๆที่ทำให้เกิดดิวเทอเรียมนอกจากปรากฏการณ์บิ๊กแบง

ดิวเทอเรียมไม่มีอะไรต่างจากไฮโดรเจนมากนักในเชิงเคมีฟิสิกส์ นอกเสียจากว่ามีมวลที่หนักกว่า ซึ่งมวลที่หนักกว่านี้เองที่ทำให้ดิวเทอเรียมเปรียบเสมือนกับไฮโดรเจนที่เชื่องช้า เนื่องจากการที่มีมวลมากกว่า จะทำให้มีอัตราการเกิดปฏิกิริยาน้อยกว่า

ประวัติ

ดิวเทอเรียมมาจากภาษากรีก deuteros หมายถึง "ที่สอง" เพื่อบอกถึงอนุภาค 2 ตัวประกอบขึ้นเป็นนิวเคลียส ดิวเทอเรียมถูกค้นพบและตั้งชื่อในปี ค.ศ. 1931 โดย แฮโรลด์ ซี. อูเรย์ ซึ่งต่อมาในปี ค.ศ. 1934 อูเรย์ก็ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี การค้นพบนี้ตามด้วยการค้นพบนิวตรอนในปี ค.ศ. 1932 ซึ่งทำให้โครงสร้างนิวเคลียสของดิวเทอเรียมมีความชัดเจนขึ้น ไม่นานหลังจากการค้นพบดิวเทอเรียม อูเรย์และคนอื่นได้ผลิตตัวอย่างของน้ำชนิดหนัก ที่มีดิวเทอเรียมความเข้มข้นสูง น้ำชนิดหนักบริสุทธิ์ถูกสังเคราะห์ได้เป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1933 โดย กิลเบิร์ต นิวตัน เลวิส

ประโยชน์

ดิวเทอเรียมมีประโยชน์มากในปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งแล้ว ถ้าใช้ร่วมกับทริเทียม เพราะปฏิกิริยาระหว่างดิวเทอเรียมกับไตรเทียมจะมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาสูง และปลดปล่อยพลังงานออกมามาก

ในทางเคมีและเคมีธรรมชาติแล้ว ดิวเทอเรียมถูกใช้เป็นตัวตามรอยในการศึกษาปฏิกิริยาทางเคมีและวิถีเมตาบอลิก เราสามารถแยกดิวเทอเรียมออกจากไฮโดรเจนได้โดยใช้สเปกโทรเมตรีมวล

อ้างอิง

1. Table of Isotopic Masses and Natural Abundances,https://www.ncsu.edu/ncsu/pams/chem/msf/pdf/IsotopicMass_NaturalAbundance.pdf
2. Dan O'Leary "The deeds to deuterium" Nature Chemistry 4, 236 (2012). doi:10.1038/nchem.1273. "Science: Deuterium v. Diplogen". Time. 19 February 1934.
3. Lewis, G. N.; MacDonald, R. T. (1933). "Concentration of H2 Isotope". The Journal of Chemical Physics 1 (6): 341. Bibcode:1933JChPh...1..341L. doi:10.1063/1.1749300.