सभी तत्वों में परमाणु उनकी मूल इकाई के रूप में होते हैं, और एक परमाणु में तीन मौलिक कण होते हैं, जो नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉन, सकारात्मक चार्ज प्रोटॉन और तटस्थ कणों के न्यूट्रॉन होते हैं। नाभिक में उपस्थित प्रोटॉनों और न्यूट्रॉनों की संख्या को तत्वों की द्रव्यमान संख्या तथा प्रोटॉनों की संख्या को परमाणु क्रमांक कहते हैं। वही तत्व जिनके परमाणुओं में प्रोटॉन की संख्या समान होती है लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न होती है, समस्थानिक कहलाते हैं। एक उदाहरण हाइड्रोजन है, जिसमें तीन समस्थानिक होते हैं। यह शून्य न्यूट्रॉन वाला हाइड्रोजन है, एक न्यूट्रॉन युक्त ड्यूटेरियम और ट्रिटियम - इसमें दो न्यूट्रॉन होते हैं। यह लेख हाइड्रोजन के एक समस्थानिक पर ध्यान केंद्रित करेगा जिसे ड्यूटेरियम कहा जाता है, जिसे भारी हाइड्रोजन भी कहा जाता है।
ड्यूटेरियम क्या है?
ड्यूटेरियम हाइड्रोजन का एक समस्थानिक है जो हाइड्रोजन से एक न्यूट्रॉन से भिन्न होता है। आमतौर पर, हाइड्रोजन में केवल एक प्रोटॉन होता है, जबकि ड्यूटेरियम में एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन होता है। यह व्यापक रूप से प्रतिक्रियाओं में प्रयोग किया जाता हैविभाजन।
ड्यूटेरियम (रासायनिक प्रतीक D या H) प्रकृति में अत्यंत कम मात्रा में पाया जाने वाला हाइड्रोजन का एक स्थिर समस्थानिक है। ड्यूटेरियम नाभिक, जिसे ड्यूटेरॉन कहा जाता है, में एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन होता है, जबकि अधिक सामान्य हाइड्रोजन नाभिक में केवल एक प्रोटॉन होता है और कोई न्यूट्रॉन नहीं होता है। इसलिए, ड्यूटेरियम के प्रत्येक परमाणु का द्रव्यमान एक साधारण हाइड्रोजन परमाणु से लगभग दोगुना होता है, और ड्यूटेरियम को भारी हाइड्रोजन भी कहा जाता है। वह जल जिसमें साधारण हाइड्रोजन परमाणुओं को ड्यूटेरियम परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, भारी जल कहलाता है।
मुख्य विशेषताएं
ड्यूटेरियम का समस्थानिक द्रव्यमान - 2, 014102 इकाई। ड्यूटेरियम का स्थिर आधा जीवन होता है क्योंकि यह एक स्थिर समस्थानिक है।
ड्यूटेरियम की अतिरिक्त ऊर्जा 13,135.720 ± 0.001 केवी है। ड्यूटेरियम नाभिक के लिए बाध्यकारी ऊर्जा 2224.52 ± 0.20 केवी है। ड्यूटेरियम ऑक्सीजन के साथ मिलकर D2O (2H2O) बनाता है, जिसे भारी पानी भी कहा जाता है। ड्यूटेरियम एक रेडियोधर्मी समस्थानिक नहीं है।
ड्यूटेरियम स्वास्थ्य के लिए खतरनाक नहीं है, लेकिन परमाणु हथियार बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। ड्यूटेरियम कृत्रिम रूप से उत्पन्न नहीं होता है, क्योंकि यह समुद्र के पानी में प्राकृतिक रूप से प्रचुर मात्रा में होता है और कई पीढ़ियों के लोगों की सेवा कर सकता है। इसे एक केंद्रापसारक प्रक्रिया का उपयोग करके समुद्र से निकाला जाता है।
भारी हाइड्रोजन
भारी हाइड्रोजन हाइड्रोजन के किसी भी उच्च समस्थानिक का नाम है, जैसे ड्यूटेरियम और ट्रिटियम। लेकिन अधिक बार इसका उपयोग ड्यूटेरियम के लिए किया जाता है। इसका परमाणु द्रव्यमान हैलगभग 2, और इसके नाभिक में 1 प्रोटॉन और 1 न्यूट्रॉन होते हैं। इस प्रकार, इसका द्रव्यमान सामान्य हाइड्रोजन से दोगुना है। ड्यूटेरियम में अतिरिक्त न्यूट्रॉन इसे सामान्य हाइड्रोजन से भारी बनाता है, इसलिए इसे भारी हाइड्रोजन कहा जाता है।
भारी हाइड्रोजन की खोज हेरोल्ड उरे ने 1931 में की थी - इस खोज को 1934 में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। उरे ने आणविक हाइड्रोजन (H2) के वाष्प दबाव और ड्यूटेरियम (HD) द्वारा प्रतिस्थापित एक हाइड्रोजन परमाणु के साथ संबंधित अणु के बीच अंतर की भविष्यवाणी की, और इस प्रकार तरल हाइड्रोजन के आसवन द्वारा इन पदार्थों को अलग करने की संभावना। तरल हाइड्रोजन के आसवन से अवशेषों में ड्यूटेरियम पाया गया। इसे अपने शुद्ध रूप में जी.एन. इलेक्ट्रोलाइटिक सांद्रता विधि का उपयोग करते हुए लुईस। जब पानी का विद्युतीकरण किया जाता है, तो हाइड्रोजन गैस बनती है, जिसमें थोड़ी मात्रा में ड्यूटेरियम होता है, इसलिए ड्यूटेरियम पानी में केंद्रित होता है। जब निरंतर इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा पानी की मात्रा अपने मूल आयतन के लगभग एक सौ हज़ारवें हिस्से तक कम हो जाती है, तो लगभग शुद्ध ड्यूटेरियम ऑक्साइड, जिसे भारी पानी के रूप में जाना जाता है, प्रदान किया जाता है। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान भारी पानी तैयार करने की इस विधि का उपयोग किया गया था।
व्युत्पत्ति और रासायनिक प्रतीक
नाम "ड्यूटेरियम" ग्रीक शब्द ड्यूटेरोस से आया है, जिसका अर्थ है "दूसरा"। यह इंगित करता है कि दो कणों वाले परमाणु नाभिक के साथ, ड्यूटेरियम साधारण (या प्रकाश) हाइड्रोजन के बाद दूसरा समस्थानिक है।
ड्यूटेरियम को अक्सर रसायन द्वारा दर्शाया जाता हैप्रतीक डी। 2 की द्रव्यमान संख्या के साथ हाइड्रोजन के समस्थानिक के रूप में, इसे एच के रूप में भी दर्शाया जाता है। ड्यूटेरियम का सूत्र 2H है। इंटरनेशनल यूनियन ऑफ प्योर एंड एप्लाइड कैमिस्ट्री (आईयूपीएसी) डी और एच दोनों को अनुमति देता है, हालांकि एच को प्राथमिकता दी जाती है।
पानी से ड्यूटेरियम कैसे प्राप्त करें?
पानी में ड्यूटेरियम को केंद्रित करने की पारंपरिक विधि हाइड्रोजन सल्फाइड गैस में आइसोटोप एक्सचेंज का उपयोग करती है, हालांकि बेहतर तरीके विकसित किए जा रहे हैं। गैस क्रोमैटोग्राफी और क्रायोजेनिक आसवन का उपयोग करके हाइड्रोजन के विभिन्न समस्थानिकों का पृथक्करण भी किया जा सकता है, जो आइसोटोप को अलग करने के लिए भौतिक गुणों में अंतर का उपयोग करते हैं।
ड्यूटेरियम पानी
ड्यूटेरियम जल, जिसे भारी जल भी कहा जाता है, साधारण जल के समान होता है। यह ड्यूटेरियम और ऑक्सीजन के संयोजन से बनता है और इसे 2H2O के रूप में नामित किया जाता है। ड्यूटेरियम का पानी नियमित पानी की तुलना में अधिक चिपचिपा होता है। भारी पानी साधारण पानी से 10.6% सघन होता है, इसलिए भारी पानी की बर्फ साधारण पानी में डूब जाती है। कुछ जानवरों के लिए, ड्यूटेरियम पानी जहरीला होता है, जबकि अन्य भारी पानी में जीवित रह सकते हैं, लेकिन सामान्य पानी की तुलना में इसमें धीरे-धीरे विकसित होंगे। ड्यूटेरियम जल रेडियोधर्मी नहीं है। मानव शरीर में लगभग 5 ग्राम ड्यूटेरियम होता है, और यह हानिरहित होता है। यदि भारी पानी बड़ी मात्रा में शरीर में प्रवेश करता है (उदाहरण के लिए, शरीर में लगभग 50% पानी भारी हो जाता है), तो यह कोशिका की शिथिलता और अंततः मृत्यु का कारण बन सकता है।
भारी पानी में अंतर:
- हिमांक बिंदु 3.82°C है।
- तापमानक्वथनांक 101.4 डिग्री सेल्सियस है।
- भारी पानी का घनत्व 1.1056 ग्राम/एमएल (सामान्य पानी 0.9982 ग्राम/एमएल) है।
- भारी पानी का pH 7.43 होता है (सामान्य पानी 6.9996 होता है)।
- सादे पानी और भारी पानी के स्वाद और गंध में थोड़ा सा अंतर होता है।
ड्यूटेरियम का प्रयोग
वैज्ञानिकों ने ड्यूटेरियम और इसके यौगिकों के कई उपयोग विकसित किए हैं। उदाहरण के लिए, रासायनिक प्रतिक्रियाओं और चयापचय मार्गों के अध्ययन के लिए ड्यूटेरियम एक गैर-रेडियोधर्मी आइसोटोप ट्रेसर है। इसके अलावा, यह न्यूट्रॉन स्कैटरिंग का उपयोग करके मैक्रोमोलेक्यूल्स का अध्ययन करने के लिए उपयोगी है। ड्यूटेरेटेड सॉल्वैंट्स (जैसे भारी पानी) आमतौर पर परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) स्पेक्ट्रोस्कोपी में उपयोग किए जाते हैं क्योंकि ये सॉल्वैंट्स अध्ययन के तहत यौगिकों के एनएमआर स्पेक्ट्रा को प्रभावित नहीं करते हैं। ड्यूटेरेटेड यौगिक फेमटोसेकंड इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए भी उपयोगी होते हैं। ड्यूटेरियम परमाणु संलयन प्रतिक्रियाओं के लिए भी एक ईंधन है, जिसका उपयोग किसी दिन औद्योगिक पैमाने पर बिजली पैदा करने के लिए किया जा सकता है।
