דאוטריום

דאוטריום, מודגש מתוך טבלת האיזוטופים

דֶּאוּטֶרְיוּם (או דיטריום), הידוע גם בשם מימן כבד, הוא איזוטופ יציב (אינו רדיואקטיבי) של מימן. גרעין הדאוטריום, הנקרא דאוטרון, מכיל פרוטון אחד ונייטרון אחד (ראו תמונה), וזאת בניגוד לגרעין הנפוץ יותר של מימן מכיל רק פרוטון אחד ללא נייטרון. סמלו הכימי של הדאוטריום הוא ²H או D‏.

הדאוטריום נמצא רק בכמויות זניחות במצב טהור כגז דאוטריום, שסמלו הכימי הוא ²H₂ או D₂. רובו המוחלט של הדאוטריום ביקום נמצא קשור לאטום מימן רגיל, ¹H, בגז הנקרא "מימן-דאוטריום".

תכונותיו הפיזיקליות של הדאוטריום עשויות להיות שונות מאלו של המימן. דוגמה לכך היא מים כבדים, שתכונותיהם שונות מתכונות המים הרגילים. מבחינה כימית מתנהג הדאוטריום באופן דומה למימן, והשינויים העיקריים מתבטאים באנרגיות ובאורכי קשר.

המדינה המובילה בכמות ייצור דאוטריום היא קנדה, בעיקר בצורת מים כבדים. החברה לאנרגיה אטומית של קנדה (AECL) משתמשת במים הכבדים שהיא מייצרת להאטת נייטרונים בכור גרעיני מסוג קנדו.

שימושים

ספקטרום על-סגול של נורת דאוטריום

הדאוטריום שימושי בתהליכי היתוך גרעיני, במיוחד אם הוא מעורבב עם טריטיום. בתהליך ההתכה הגרעינית מתרכב הדאוטריום עם הטריטיום ליצירת הליום ובתהליך זה משתחררת אנרגיה רבה.

בכימיה ובמיוחד בביוכימיה משתמשים בדאוטריום כעוקב אחר איזוטופים שאינם רדיואקטיביים בתגובות כימיות, וזאת היות שמבחינה כימית, הדאוטריום מתנהג כמו מימן, אך עדיין ניתן לזהות את מיקומו לעומת מימן על ידי בדיקה פשוטה בספקטרומטר מסות או בספקטרומטר תת-אדום.

היסטוריה

איזוטופים של יסודות קלים (כמו ניאון) נצפו עוד בשנת 1913 ואפילו הוכחו על ידי ספקטרומטר מסות בשנת 1920. התאוריה העיקרית באותו זמן הייתה תאוריה שהסבירה את קיומם של איזוטופים על ידי "מספר שונה של אלקטרונים גרעיניים". התאוריה טענה, שמשום שמימן נמדד במסה אטומית ממוצעת קרובה מאוד ל-$\ 1u$ ומשום שגרעין המימן נחשב לבנוי מפרוטון אחד (אז התגלה כבר הפרוטון), המימן אינו יכול להכיל "אלקטרונים גרעיניים", ולכן, אין לו איזוטופים.

הראשון שטען לקיום הדאוטריום היה וולטר ראסל בשנת 1926. הוא נתגלה לראשונה על ידי הרולד יורי בשנת 1931 מאוניברסיטת קולומביה. יורי מצא את הדאוטריום על ידי בדיקה ספקטרומטרית של 5 ליטרים של מימן נוזלי. מתוך 5 הליטרים של המימן, יורי מצא עקבות זעירות של תוצאה ספקטרומטרית שונה שהצביעה על מיקום הדאוטריום. יורי קבע את שמו של הדאוטריום מן המילה היוונית והלטינית ל"שניים", כיוון שמסת הדאוטריום היא 2, בעוד שמסת המימן היא 1.

למידע נוסף לגבי היסטוריית הייצור ושימוש של דאוטריום ראו: מים כבדים.

מידע כללי

• צפיפות: $0.180 \frac{kg}{m^3}$ בתנאים סטנדרטיים של טמפרטורה ולחץ.
• מסה אטומית: $2.01355321270 \ u$
• ספין: 1+
• אחוזי המצאות ביסוד מימן: 0.015% בערך אטום דאוטריום 1 לכל 6400 אטומי מימן.
• זמן מחצית חיים: יציב

אנטי-דאוטריום

אנטי-דאוטריום הוא אנטי-חומר של איזוטופ הדאוטריום. בדומה לאנטי-פרוטון, האנטי-דאוטריום הוא איזוטופ של אנטי-מימן שמכיל בגרעינו אנטי-פרוטון ואנטי-נייטרון. גרעין האנטי-דאוטריום נחשב לאנטי-חומר הראשון שנוצר מלאכותית, במאיץ החלקיקים של CERN ב-1965. אטום שלם, עם פוזיטרון סביב הגרעין, לא יוצר עדיין, נכון לשנת 2008. סמלו של האנטי-דאוטריום הוא דומה, אך יש בו סימן מינוס, כדי לזהותו כאנטי-חומר.

דאוטריום בתרבות

תגובה של חומר עם אנטי-חומר (דאוטריום עם אנטי-דאוטריום) הם הבסיס לתנועה במהירות גבוהה ממהירות האור בסדרה מסע בין כוכבים (וויאג'ר, אנטרפרייז). לפי תורת היחסות הכללית, התגובה שבין חומר ואנטי-חומר מייצרת אנרגיה בנצילות תאורטית של 100% ולכן, בסדרות אלו, דאוטריום ואנטי-דאוטריום משמשים כדלק כדי להגיע למהירויות אלו.

ראו גם

• מימן
• מים כבדים
• טריטיום