דאוטריום

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 המכיל רק פרוטון אחד ללא נייטרון. סמלו הכימי של הדאוטריום הוא ²H או D.

דאוטריום

כללי
נייטרונים	1
פרוטונים	1
מידע גרעיני
ספין	1

דאוטריום, מודגש מתוך טבלת האיזוטופים

כמעט כל הדאוטריום ביקום נוצר במהלך המפץ הגדול לפני 13.8 מיליארד שנים, ביחס של 26 אטומי דאוטריום לכל מיליון אטומי מימן.

רובו של הדאוטריום קשור לאטום מימן רגיל בגז הנקרא "מימן-דאוטריום", וקיימות רק בכמויות זניחות של גז דאוטריום, שסמלו הכימי הוא ²H₂ או D₂.

מבחינה כימית הדאוטריום מתנהג באופן דומה למימן, והשינויים העיקריים מתבטאים באנרגיות ובאורכי קשר. מים כבדים שבהם יש אטום דאוטריום במקום אטום מימן, מתנהגים באופן דומה למים רגילים.

דאוטריום מופק בעיקר ממי ים. המדינה המובילה בהפקת דאוטריום היא קנדה, ומספקת אותו 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 מעורב 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, הוא מתנהג כמימן, אך עדיין ניתן לזהות את מיקומו לעומת מימן על ידי בדיקה פשוטה בספקטרומטר מסות או בספקטרומטר תת-אדום.

היסטוריה

איזוטופי יסודות קלים (כמו ניאון) נצפו עוד בשנת 1913 ואף הוכחו על ידי ספקטרומטר מסות בשנת 1920. התאוריה העיקרית באותו זמן הייתה כזו שהסבירה את קיום האיזוטופים על ידי "מספר שונה של אלקטרונים גרעיניים". התאוריה טענה, שמשום שמימן נמדד במסה אטומית ממוצעת קרובה מאוד ל-$\ 1u$ ומשום שגרעינו נחשב לבנוי מפרוטון אחד (שנתגלה זה מכבר), הוא אינו יכול להכיל "אלקטרונים גרעיניים", ולכן, הוא חסר 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 מימן נוזלי. מתוך 5 הליטרים, מצא יורי עקבות זעירות של תוצאה ספקטרומטרית שונה שהצביעה על מיקום הדאוטריום. יורי קבע את שמו מן המלה היוונית והלטינית ל"שניים", כיוון שמסת הדאוטריום היא 2, בעוד שמסת המימן היא 1.

למידע נוסף לגבי היסטוריית הײצור 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 6,400 אטומי מימן.
• זמן מחצית חיים: יציב

אנטי-דאוטריום

אנטי-דאוטריום הוא אנטי-חומר של איזוטופ הדאוטריום. בדומה לאנטי-פרוטון, זהו איזוטופ של אנטי-מימן המכיל בגרעינו אנטי-פרוטון ואנטינייטרון. 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 דומה, אך יש בו סימן מינוס, כדי לזהותו כאנטי-חומר.

דאוטריום בתרבות

תגובת 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.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא דאוטריום בוויקישיתוף

• דאוטריום, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)