Deuterio: definición, masa y densidad

¿Qué es el deuterio?

El deuterio es un tipo específico de hidrógeno que tiene más masa de lo normal. Técnicamente, decimos que el deuterio es un isótopo de hidrógeno.

¿Qué es un isótopo?

Para comprender esto, debemos pensar en la estructura de los átomos. Los átomos están formados por 3 partículas: protones, neutrones y electrones. La cantidad de protones (partículas con carga positiva) determina qué tipo de átomo tenemos, que podemos encontrar en la tabla periódica.

Cada átomo que tiene 5 protones es un átomo de boro, y cada átomo de oro en todo el universo tiene 79 protones. Los neutrones son partículas neutras que influyen en el comportamiento de un átomo, pero no en su identidad. Llamamos isótopo a un átomo con un número específico de neutrones , y nombramos isótopos sumando el número de protones y neutrones para obtener el número de masa , que pegamos al final del nombre. Entonces, un átomo con 8 protones y 8 neutrones sería el isótopo oxígeno-16, mientras que el isótopo oxígeno-12 tiene 8 protones más 4 neutrones. Al escribir los símbolos en lugar de los nombres, primero escribimos el número de masa como superíndice, pero aún lo pronunciamos como “oxígeno doce”.

El número de electrones (las partículas cargadas negativamente) determina la carga iónica. Dado que los electrones están en el exterior del átomo, la cantidad de electrones es fácil de cambiar. Cambiar la cantidad de protones o neutrones requiere una reacción nuclear, ¡no es algo que hacemos en la mayoría de los experimentos de química!

Esta práctica tabla resume lo que necesita saber sobre las 3 partículas subatómicas:

Símbolo y explicación del deuterio

Así que ahora podemos entender el deuterio. El hidrógeno es el tipo de átomo más pequeño: tiene un solo protón. Los dos isótopos más comunes de hidrógeno son hidrógeno-1 (1 protón, 0 neutrones) e hidrógeno-2 (1 protón, 1 neutrón). Debido a que el hidrógeno-2 es realmente importante, los científicos le dieron un nombre adicional, deuterio . El símbolo oficial es ^ 2H, pero la gente suele utilizar el símbolo informal D para representar el deuterio. Los protones y los neutrones tienen masas similares, por lo que la masa de una partícula de deuterio es el doble que la de una partícula de hidrógeno-1, lo que le da una masa de aproximadamente 2 unidades de masa atómica (uma). Esto lleva a su apodo, hidrógeno pesado .

Tanto el hidrógeno-1 como el hidrógeno-2 se encuentran en la naturaleza. Cuando nos referimos al hidrógeno, realmente nos referimos a la forma en que lo encontramos en la naturaleza: con ambos isótopos mezclados. Sin embargo, no se encuentran en cantidades iguales. Hay mucho más hidrógeno-1 que deuterio. Si tenemos una muestra con un millón de átomos de hidrógeno, tendríamos solo unos 100 átomos de deuterio y los 999,900 restantes serían todos hidrógeno-1. En laboratorios se han fabricado varios isótopos de hidrógeno más pesados, pero son inestables y no existen en la naturaleza.

Compuestos de deuterio

Las moléculas son dos o más átomos unidos entre sí. Cualquier molécula que contenga átomos de hidrógeno normales (isótopos mixtos) también puede contener solo átomos de deuterio. Dado que el deuterio es tan pesado en comparación con el hidrógeno normal, tiene propiedades diferentes. El hidrógeno gaseoso (H2) tiene una densidad de 0.0899 g / mL, mientras que la versión de isótopo puro, D2, es aproximadamente dos veces más densa, con un valor de 0.169 g / mL. Debido a que es caro separar los isótopos, el gas deuterio también es mucho más caro que el hidrógeno normal. Una empresa vende gas deuterio a unos 23 dólares el litro, mientras que vende la misma cantidad de gas hidrógeno a sólo 4,11 dólares.

Quizás el compuesto que contiene deuterio más famoso es el agua pesada , D2O . Como otros compuestos de deuterio, el agua pesada no es radiactiva en sí misma. Sin embargo, el agua pesada se utiliza para ralentizar las partículas radiactivas en los reactores nucleares. Fue un componente clave para el desarrollo de armas nucleares durante la Segunda Guerra Mundial. La mayoría de los reactores modernos ahora pueden usar agua corriente en lugar de agua pesada. El agua pesada todavía se usa ampliamente para rastrear cómo se mueven los átomos específicos durante las reacciones químicas y medir las tasas metabólicas (cuánta energía gasta un organismo con el tiempo). También existe otro tipo de agua densa conocida como agua semipesada , HDO .

Resumen de la lección

Así que, ¿qué hemos aprendido? Bueno, para empezar, deuterio , otro nombre para el hidrógeno-2, que es un isótopo natural con el sobrenombre de hidrógeno pesado . Puede ser una versión del hidrógeno, pero tiene propiedades diferentes debido a que es mucho más pesado que el hidrógeno normal, por ejemplo, es dos veces más denso. Un famoso compuesto que contiene deuterio es el agua pesada , que se ha utilizado para ralentizar las partículas radiactivas en los reactores nucleares.