Δευτ?ριο
Πλ?ρη? π?νακα?
Γενικ?
?νομα , Σ?μβολο	δευτ?ριο, 2 D, 2 H
Νετρ?νια	1
Πρωτ?νια	1
Πληροφορ?ε? νουκλε?δ?ου
Αφθον?α στη φ?ση	0,0156% ( Γη )
Ημιζω?	σταθερ?
Μ?ζα ισ?τοπου	2,01410178 u
Σπιν	1 +
Εν?ργεια δεσμ?ν	2.224,52±0,20 keV keV

Το δευτ?ριο ? υδρογ?νο-2 (σ?μβολο D ? ²H, επ?ση? γνωστ? ω? βαρ? υδρογ?νο ) ε?ναι το ?να απ? δ?ο (2) σταθερ? ισ?τοπα του υδρογ?νου . Η φυσικ? του αφθον?α στου? ωκεανο?? τη? Γη? ε?ναι περ?που 1 ?τομο δευτερ?ου αν? 6.420 ?τομα υδρογ?νου-1 (που ονομ?ζεται και ≪πρ?τιο≫). ?τσι, το δευτ?ριο αντιπροσωπε?ει περ?που το 0,0156% (? 0,0312% κατ? μ?ζα ) του συν?λου του φυσικ? υπ?ρχοντο? υδρογ?νου στου? ωκεανο??, εν? το πιο κοιν? ισ?τοπο, το πρ?τιο αντιπροσωπε?ει μια αφθον?α π?νω απ? 99,98%. Η αφθον?α του δευτερ?ου αλλ?ζει ελαφρ? απ? το ?να ε?δο? φυσικο? νερο? σε ?λλο.

Ο πυρ?να? του δευτερ?ου, που ονομ?ζεται ≪δευτερ?νιο≫, περι?χει ?να πρωτ?νιο και ?να νετρ?νιο , εν? ο αντ?στοιχο? του πολ? πιο ?φθονου πρ?τιου δεν περι?χει καν?να νετρ?νιο. Το ?νομα του δευτερ?ου σχηματ?στηκε απ? την ελληνικ? λ?ξη ≪δε?τερο?≫, που δηλ?νει ?τι ο πυρ?να? του περι?χει δ?ο (2) σωματ?δια ^[1] . Το δευτ?ριο ανακαλ?φθηκε το 1931 απ? τον Χ?ρολντ Ο?ρε? ( Harold Urey ), που ?τσι κ?ρδισε το Βραβε?ο Ν?μπελ το 1934 . Η ανακ?λυψη αυτ? ακολουθ?θηκε απ? την ανακ?λυψη του νετρον?ου, το 1932 , που ?κανε την πυρηνικ? δομ? του δευτερ?ου προφαν?. Σ?ντομα μετ? την ανακ?λυψη του δευτερ?ου, ο Ο?ρευ και ?λλοι παρασκε?ασαν δε?γματα του βαρ?ο? ?δατο? , στο οπο?ο το δευτ?ριο ?χει υψηλ?τερη συγκ?ντρωση δευτερ?ου (ω? και 100% στο ≪καθαρ? βαρ? ?δωρ≫) απ? ?τι στο φυσικ? νερ? .

Επειδ? το δευτ?ριο καταστρ?φεται στο εσωτερικ? των ?στρων ταχ?τερα απ' ?,τι παρ?γεται, και επειδ? ?λλε? φυσικ?? διεργασ?ε? παρ?γουν μ?νο ασ?μαντε? (σχετικ?) ποσ?τητε? δευτερ?ου, θεωρε?ται ?τι σχεδ?ν ?λο το δευτ?ριο που βρ?σκεται στη φ?ση παρ?χθηκε απ? τη Μεγ?λη ?κρηξη , πριν περ?που 13,8 δισεκατομμ?ρια χρ?νια. Επ?ση? θεωρε?ται ?τι η βασικ? φυσικ? αναλογ?α ισοτ?πων (περ?που 26 ?τομα δευτερ?ου αν? εκατομμ?ριο ατ?μων υδρογ?νου), προ?ρχεται επ?ση? απ? εκε?νη την εποχ?. Η ?δια ισοτοπικ? αναλογ?α βρ?θηκε και στου? αερι?δει? γιγαντια?ου? πλαν?τε? , ?πω? ο Δ?α? . Ωστ?σο, διαφορετικ? αστρονομικ? σ?ματα βρ?θηκαν να ?χουν διαφορετικ?? ισοτοπικ?? αναλογ?ε?, που αποδ?δεται στο φυσικ? ισοτοπικ? διαχωρισμ? που συμβα?νει ?ταν η ηλιακ? θερμ?τητα λι?νει του? π?γου? των κομητ?ν . Ομο?ω?, ο κ?κλο? του νερο? στη Γη, ?σω? εμπλουτ?ζει (αργ? και σταδιακ?) το δευτ?ριο στου? ωκεανο?? του πλαν?τη μα?, σε β?ρο? του πρ?τιου. Στην πραγματικ?τητα, η ισοτοπικ? αναλογ?α δευτερ?ου/πρωτ?ου σε ?ναν αριθμ? κομητ?ν ε?ναι παρ?μοιο? με την αντ?στοιχη μ?ση αναλογ?α στου? ωκεανο?? τη? Γη? ( 156 ) ?τομα δευτερ?ου αν? εκατομμ?ριο ατ?μων υδρογ?νου). Το γεγον?? αυτ? οδ?γησε σε θεωρ?ε? σ?μφωνα με τι? οπο?ε? μεγ?λο μ?ρο? απ? το νερ? των ωκεαν?ν τη? Γη? προ?λθε απ? κομ?τε? (που ?πεσαν π?νω τη?) ^{[2] [3]} .

Οι ισοτοπικ?? αναλογ?ε? δευτερ?ου/πρωτ?ου συνεχ?ζουν ?τσι να αποτελο?ν πεδ?ο ?ρευνα? τ?σο για την Αστρονομ?α , ?σο και για την Κλιματολογ?α .

Διαφορ?? με το πρ?τιο [ Επεξεργασ?α | επεξεργασ?α κ?δικα ]

Χημικ? σ?μβολο [ Επεξεργασ?α | επεξεργασ?α κ?δικα ]

Το δευτ?ριο συχν? παριστ?νεται με το χημικ? σ?μβολο D . Ακ?μη, επειδ? ε?ναι ?να ισ?τοπο του υδρογ?νου με μαζικ? αριθμ? 2, παριστ?νεται επ?ση? ω? ²H . Η IUPAC επιτρ?πει τη χρ?ση και των δ?ο συμβ?λων αν και προτε?νει το συμβολισμ? ²H . ^[4] Απ? την ?λλη ?μω? η χρ?ση του πιο διακριτο? συμβ?λου D ε?ναι βολικ? σε δι?φορε? χημικ?? διεργασ?ε?.

Μοριακ? μ?ζα [ Επεξεργασ?α | επεξεργασ?α κ?δικα ]

Υπ?ρχει μεγ?λη διαφορ? σε ?σα αφορο?ν τη μοριακ? μ?ζα των δ?ο ισοτ?πων, αφο? η ισοτοπικ? μ?ζα του πρωτ?ου ε?ναι 1,007825 amu και η ισοτοπικ? μ?ζα του δευτερ?ου ε?ναι 2,014102 amu, εν? το ατομικ? β?ρο? του υδρογ?νου συνολικ? ε?ναι 1,007947 amu. Αυτ? η σημαντικ? διαφορ? ισοτοπικο? β?ρου? ?χει δι?φορε? συν?πειε? ασυμφων?α? ορισμ?νων ιδιοτ?των μεταξ? χημικ?ν ειδ?ν που περι?χουν μ?νο πρ?τιο, εκε?νων που περι?χουν και τα δ?ο ισ?τοπα και εκε?νων που περι?χουν μ?νο δευτ?ριο. Η ασυμφων?α αυτ? ε?ναι σχετικ? σημαντικ?, εν? η αντ?στοιχη ασυμφων?α μεταξ? των διαφορετικ?ν ισοτοπικ?ν ειδ?ν ?λλων χημικ?ν στοιχε?ων ε?ναι συν?θω? ασ?μαντη, γιατ? και η σχετικ? διαφορ? ισοτοπικ?? μ?ζα? για τα ισ?τοπα των ?λλων χημικ?ν στοιχε?ων ε?ναι απ? πολ? μικρ?τερη ?ω? μηδαμιν?. Συγκεκριμ?να, η σχετικ? διαφορ? ισοτοπικ?? μ?ζα? πρωτ?ου δευτερ?ου ε?ναι (2,014102-1,007825)/1,007825 = 99,8464%. Η αντ?στοιχη σχετικ? διαφορ? ισοτοπικ?? μ?ζα? των ισοτ?πων ³ He και ⁴ He ε?ναι (4.002602-3.0160293)/3.0160293) = 32,71097%. Για τα υπ?λοιπα χημικ? στοιχε?α ισχ?ουν ακ?μη μικρ?τερε? σχετικ?? διαφορ?? ισοτοπικ?? μ?ζα?.

Φασματοσκοπ?α [ Επεξεργασ?α | επεξεργασ?α κ?δικα ]

Σ?μφωνα μη την κβαντομηχανικ? τα ενεργειακ? επ?πεδα των ηλεκτρον?ων των ατ?μων εξαρτ?νται απ? την ανηγμ?νη μ?ζα του ?καστου συστ?ματο? ηλεκτρον?ου - [πυρ?να + υπ?λοιπα ηλεκτρ?νια (αν υπ?ρχουν)]. Ειδικ? για το ?τομο του υδρογ?νου, ο ρ?λο? τη? ανηγμ?νη? μ?ζα? φα?νεται απλ? στο ατομικ? πρ?τυπο Μπορ , ?που η ανηγμ?νη μ?ζα εμφαν?ζεται σε ?ναν απλ? υπολογισμ? τη? σταθερ?? Ρ?ιντμπεργκ ( Rydberg constant ) και τη? σχ?ση? Ρ?ιντμπεργκ, αλλ? επ?ση? στη σχ?ση Σρ?ντινγκερ και στη σχ?ση Ντιρ?κ .

Η ανηγμ?νη μ?ζα του συστ?ματο? σε αυτ?? τι? σχ?σει? ε?ναι κοντ? στη μ?ζα εν?? απλο? ηλεκτρον?ου, αλλ? διαφ?ρει κατ? μια μικρ? ποσ?τητα, περ?που ?ση με την αναλογ?α μ?ζα? αν?μεσα σε ?να ηλεκτρ?νιο και και την πυρηνικ? μ?ζα. Για το πρ?τιο, αυτ? η διαφορ? ε?ναι 1837/1836 = 1,00545, εν? για το δευτ?ριο ε?ναι ακ?μη μικρ?τερη και συγκεκριμ?να 3671/3670 = 1,000272. Ω? αποτ?λεσμα των παραπ?νω, οι φασματοσκοπικ?? γραμμ?? για το δευτ?ριο και για το πρ?τιο διαφ?ρουν κατ? την αναλογ?α μεταξ? των δ?ο (2) παραπ?νω αριθμ?ν, που ισο?ται (περ?που) με τον αριθμ? 1,000272. Τα μ?κη κ?ματο? των φασματοσκοπικ?ν γραμμ?ν ε?ναι βραχ?τερα για το δευτ?ριο ?ναντι των αντ?στοιχων του πρωτ?ου, κατ? τον παρ?γοντα 1,000272. Στην αστρονομικ? παρατ?ρηση, αυτ? διαφορ? αντιστοιχε? σε μια μπλε μετατ?πιση Ντ?πλερ κατ? 0,000272 · c = 81,6 km / s . ^[5]

Οι διαφορ?? ε?ναι πολ? πιο ?ντονε? στη φασματοσκοπ?α ταλ?ντωση?, που αντιστοιχε? στη φασματοσκοπ?α υπερ?θρου και στη φασματοσκοπ?α Ρ?μαν ^[6] , καθ?? επ?ση? και στη φασματοσκοπ?α περιστροφ??, που αντιστοιχε? στη φασματοσκοπ?α μικροκυμ?των , γιατ? αυτ?? εξαρτ?νται περισσ?τερο απ? τι? ανηγμ?νε? μ?ζε?. Στη φασματοσκοπ?α πυρηνικο? μαγνητικο? συντονισμο? το δευτ?ριο ?χει πολ? διαφορετικ?? συχν?τητε? συντονισμο? (π.χ. 61 MHz για το δευτ?ριο ?ναντι 450 MHz αντ?στοιχη? του πρωτ?ου), αλλ? ε?ναι πολ? λιγ?τερο ευα?σθητε? σε ?σα αφορο?ν τη σχετικ? θ?ση του ατ?μου του δευτερ?ου σε ?να μεγαλ?τερο μ?ριο. ?τσι, προτιμο?νται συν?θω? δευτεριωμ?νοι διαλ?τε? για τη φασματοσκοπ?α πυρηνικο? μαγνητικο? συντονισμο? δευτερ?ου, με σκοπ? να αποφε?γεται η αλληλεπικ?λυψη των συχνοτ?των των ερευνο?μενου δε?γματο? και των συχνοτ?των του διαλ?τη, εν? ε?ναι επ?ση? δυνατ? η φασματοσκοπ?α πυρηνικο? μαγνητικο? συντονισμο? δευτερ?ου (στην οπο?α φυσικ? και υπ?ρχει αλληλεπικ?λυψη αν χρησιμοποιηθε? δευτεριωμ?νο? διαλ?τη? για το δε?γμα).

Πυρηνοσ?νθεση [ Επεξεργασ?α | επεξεργασ?α κ?δικα ]

Το δευτ?ριο θεωρε?ται ?τι ?χει πα?ξει σημαντικ? ρ?λο για τον καθορισμ? του αριθμο? και τη? αναλογ?α? των χημικ?ν στοιχε?ων που σχηματ?στηκαν κατ? τη Μεγ?λη ?κρηξη . Συνδυ?ζοντα? τη θερμοδυναμικ? και τι? αλλαγ?? που επ?φερε η κοσμικ? εξ?πλωση, μπορε? κανε?? να υπολογ?σει την αναλογ?α πρωτον?ων και νετρον?ων βασιζ?μενο? στη θερμοκρασ?α στο χρονικ? σημε?ο που το σ?μπαν ψ?χθηκε αρκετ? ?στε να επιτραπε? η σ?νθεση πυρ?νων. Αυτ?? ο υπολογισμ?? δ?νει μια αναλογ?α περ?που επτ? (7) πρωτον?ων για κ?θε ?να (1) νετρ?νιο, κατ? την ?ναρξη τη? πυρηνοσ?νθεση?. Αυτ? η αναλογ?α θεωρε?ται ?τι παρ?μεινε σταθερ? και μετ? το τ?λο? τη? πυρηνοσ?νθεση?. Αυτ? η αναλογ?α προ? ?φελο? των αρχικ?ν πρωτον?ων, οφε?λεται κυρ?ω? στο ?τι η χαμηλ?τερη μ?ζα των πρωτον?ων ευνοε? τη μεγαλ?τερη παραγωγ? του?. Το σ?μπαν ψ?χθηκε ?ταν εξαπλ?θηκε. Τα ελε?θερα νετρ?νια και πρωτ?νια ε?ναι λιγ?τερο σταθερ? σε σ?γκριση με του? πυρ?νε? ηλ?ου. Αυτ? η αρχ? αποτελε? μια ισχυρ? ενεργειακ? αιτ?α για το σχηματισμ? ⁴ He. Ωστ?σο, ο σχηματισμ?? ⁴ He, ?χει ω? ενδι?μεσο προαπαιτο?μενο β?μα το σχηματισμ? δευτερ?ου.

Παρ?λο που πολλ? απ? τα λ?γα πρ?τα λεπτ? μετ? απ? τη Μεγ?λη ?κρηξη, κατ? τα οπο?α η πυρηνοσ?νθεση θα μπορο?σε να συμβε?, η θερμοκρασ?α ?ταν αρκετ? υψηλ? ?στε η μ?ση εν?ργεια αν? σωμ?τιο ?ταν υψηλ?τερη απ? την εν?ργεια σ?νδεση? του (σχετικ?) ασθεν?? συνδεμ?νου δευτερ?ου. Για το λ?γο αυτ?, ?σο ?σχυε η παραπ?νω συνθ?κη (δηλαδ? υψηλ?τερη μ?ση εν?ργεια σωματιδ?ων απ? την εν?ργεια σ?νδεση? των πυρηνικ?ν σωματιδ?ων του δευτερ?ου) ?σο δευτ?ριο παρ?γονταν καταστρ?φονταν (σχεδ?ν) αμ?σω?. Αυτ? η κατ?σταση ε?ναι γνωστ? ω? ≪ φραγμ?? δευτερ?ου ≫ (" deuterium bottleneck" ). Ο φραγμ?? δευτερ?ου αν?στειλε το σχηματισμ? ⁴ He, μ?χρι που το σ?μπαν ψ?χθηκε αρκετ? ?στε να σχηματ?ζεται δευτ?ριο χωρ?? να καταστρ?φεται ?μεσα. Η θερμοκρασ?α αυτ? ε?ναι αντ?στοιχη με τη μ?ση εν?ργεια σωματιδ?ων να αντιστοιχε? στα 100 keV . Σε αυτ? το σημε?ο ?ρχισε η ξαφνικ? ?ξαρση στην πυρηνοσ?νθεση, αρχ?ζοντα? απ? το δευτ?ριο, που πλ?ον αντ? να αυτοδιασπ?ται ?μεσα συντ?κονταν σε ⁴ He. Ωστ?σο, πολ? σ?ντομα μετ?, γ?ρω στα 20 λεπτ? μετ? απ? τη Μεγ?λη ?κρηξη, το σ?μπαν ?γινε πολ? ψυχρ?τερο και ?παψε να υποστηρ?ζει την παραπ?ρα πυρηνικ? σ?ντηξη ?στε να συμβα?νει η πυρηνοσ?νθεση. Στο σημε?ο αυτ?, η σχετικ? αφθον?α των χημικ?ν στοιχε?ων καθορ?στηκε σχεδ?ν οριστικ?. Η μ?νη αλλαγ? ?κτοτε ε?ναι η ραδιενεργ? δι?σπαση των ραδιενεργ?ν νουκλεον?ων που ε?χαν σχηματιστε? κατ? την πυρηνοσ?νθεση λ?γο μετ? τη Μεγ?λη ?κρηξη. ?να σημαντικ? ποσοστ? αυτ?ν αποτελο?σε το αρχικ? σχηματισμ?νο τρ?τιο . ^[7] Ο φραγμ?? δευτερ?ου για το σχηματισμ? ⁴ He, σε συνδυασμ? με την απουσ?α σταθερ?ν παραγωγικ?ν οδ?ν συνδυασμο? ⁴ He με πρ?τιο ? με τον εαυτ? του, αφο? δεν υπ?ρχει καν?να σταθερ? νουκλε?νιο με μαζικ? αριθμ? π?ντε (5) ? οκτ? (8) , αντιστο?χω?, ε?χε ω? συν?πεια την παραγωγ? ανεπαρκο?? ποσ?τητα? ?νθρακα ? χημικ?ν στοιχε?ων βαρ?τερων αυτο? κατ? την πυρηνοσ?νθεση μετ? απ? τη Μεγ?λη ?κρηξη. Αυτ? τα χημικ? στοιχε?α ?πρεπε να περιμ?νουν το σχηματισμ? των ?στρων . Ταυτ?χρονα β?βαια, η αποτυχ?α τη? μαζικ? πυρηνοσ?νθεση? λ?γο μετ? τη Μεγ?λη ?κρηξη εξασφ?λισε αφθον?α πρωτ?ου για το μεταγεν?στερο σ?μπαν και για τα μακρ?βια ?στρα, ?πω? ο ?λιο? μα?.

Αφθον?α [ Επεξεργασ?α | επεξεργασ?α κ?δικα ]

Το δευτ?ριο βρ?σκεται στη φ?ση σε ?χνη με τη μορφ? του διδευτερ?ου (που παριστ?νεται ω? ²H ₂ ? D ₂ ), αλλ? πολ? πιο ?φθονο στη μορφ? του δευτεριο?χου υδρογ?νου (που παριστ?νεται ω? H²H ? HD ). ^[8]

Η ανακ?λυψη τη? παρουσ?α? δευτερ?ου στη Γη , οπουδ?ποτε αλλο? στο ηλιακ? σ?στημα , ?πω? επιβεβαι?θηκε απ? του? διαστημικο?? βολιστ?ρε?, καθ?? και στο φ?σμα των ?στρων ?ξω απ? αυτ? (το ηλιακ? σ?στημα), αποτελε? σημαντικ? ορ?σημο για την κοσμολογ?α . Η ακτινοβολ?α γ απ? τη συνηθισμ?νη πυρηνικ? σ?ντηξη διασπ? το δευτ?ριο σε πρωτ?νιο και νετρ?νιο και δεν υπ?ρχει ?λλη γνωστ? πυρηνικ? διεργασ?α εκτ?? απ? την πυρηνοσ?νθεση λ?γο μετ? απ? τη Μεγ?λη ?κρηξη που να μπορε? να παρ?γει δευτ?ριο, εκτ?? απ? τι? σπ?νιε? περιπτ?σει? τη? κατ?λληλη? δι?σπαση? νουκλεον?ων ? τη? συν?ντηση? πρ?τιου με ελε?θερα νετρ?νια. Θεωρε?ται ?τι λ?γο δευτ?ριο παρ?γεται στο εσωτερικ? του ?λιου και ?λλων ?στρων, γιατ? στι? θερμοκρασ?ε? που υπ?ρχουν στο εσωτερικ? του?, η καταν?λωση δευτερ?ου με πυρηνικ? σ?ντηξη σε δ?ο δευτερον?ων (δηλαδ? πυρ?νων δευτερ?ου) σε ⁴ He ε?ναι ταχ?τερη απ? την παραγωγ? του με πυρηνικ? σ?ντηξη δ?ο πρωτον?ων σε δευτ?ριο. Ωστ?σο το δευτ?ριο περισσ?τερο βρ?σκεται στα εξ?τερα στρ?ματα τη? ηλιακ?? ατμ?σφαιρα? με περ?που την ?δια συγκ?ντρωση με την οπο?α εμφαν?ζεται στο Δ?α και αυτ? πιθαν?τατα δεν ?χει αλλ?ξει απ? την αρχ? τη? δημιουργ?α? του ηλιακο? συστ?ματο?. Η φυσικ? αφθον?α του δευτερ?ου φα?νεται να ε?ναι γενικ? σταθερ?, οπουδ?ποτε γενικ? βρ?σκεται υδρογ?νο, εκτ?? αν υπ?ρχουν κ?ποιε? προφανε?? διεργασ?ε? που το συγκεντρ?νουν εκλεκτικ? σε σ?γκριση με τα υπ?λοιπα ισ?τοπα του υδρογ?νου.

Παραγωγ? [ Επεξεργασ?α | επεξεργασ?α κ?δικα ]

Το δευτ?ριο παρ?γεται για βιομηχανικο?? , επιστημονικο?? και στρατιωτικο?? σκοπο??. Η παραγωγ? του αρχ?ζει απ? το συνηθισμ?νο νερ?, ?να μικρ? ποσοστ? του οπο?ου αποτελε?ται απ? φυσικ? υπ?ρχον σε αυτ? βαρ? ?δωρ , το οπο?ο περι?χει δευτ?ριο. Το βαρ? ?δωρ διαχωρ?ζεται απ? το ≪ελαφρ? ?δωρ≫ (δηλαδ? νερ? που περι?χει δευτ?ριο σε μικρ?τερο ποσοστ? απ? το συνηθισμ?νο φυσικ? νερ?), με τη διεργασ?α σουλφιδ?ου Γκ?ρντλερ ( Girdler sulfide process ), με απ?σταξη ? με ?λλε? μεθ?δου?.

Θεωρητικ?, το δευτ?ριο για το βαρ? ?δωρ θα μπορο?σε να παραχθε? και με τη χρ?ση παραγωγικο? πυρηνικο? αντιδραστ?ρα σ?ντηξη? πρωτ?ου σε δευτ?ριο, αλλ? στην πρ?ξη αυτ? δεν εφαρμ?ζεται, επειδ? η παραγωγ? του με απλ? διαχωρισμ? απ? το φυσικ? νερ? ε?ναι η οικονομικ?τερη μ?θοδο? μαζικ?? παραγωγ?? του.

Ο μεγαλ?τερο? παραγωγ?? δευτερ?ου ?ταν η εταιρε?α Atomic Energy of Canada Limited, αλλ? το 1997 η εταιρε?α αυτ? ?κλεισε το σχετικ? εργοστ?σιο . Ο Καναδ?? χρησιμοποιο?σε βαρ? ?δωρ ω? ρυθμιστ?? νετρον?ων για τη λειτουργ?α αντιδραστ?ρα σχεδιασμο? CANDU .

?λλο? σημαντικ?? παραγωγ?? βαρ?ο? ?δατο? ε?ναι η Ινδ?α . ?λοι εκτ?? εν?? οι πυρηνικο? σταθμο? τη? Ινδ?α? χρησιμοποιο?ν συμπιεσμ?νο βαρ? ?δωρ για τη ρ?θμιση των νετρον?ων στου? αντιδραστ?ρε? του?, που χρησιμοποιο?ν φυσικ?, μη εμπλουτισμ?νο ουρ?νιο . Η Ινδ?α ?χει οκτ? (8) εργοστ?σια παραγωγ?? βαρ?ο? ?δατο?, τα ?ξι (6) απ? τα οπο?α βασ?ζονται στην ανταλλαγ? δευτερ?ου - πρωτ?ου σε α?ρια αμμων?α (NH ₃ ) και τα δ?ο (2) εξ?γουν δευτ?ριο απ? φυσικ? νερ? με διεργασ?α που χρησιμοποιε? α?ριο υδρ?θειο (H ₂ S) υπ? υψηλ? π?εση. Η Ινδ?α ε?ναι αυτ?ρκη? σε παραγωγ? βαρ?ο? ?δατο? και μ?λιστα πραγματοποιε? και εξαγωγ?? αυτο? του προ??ντο?.

Ιδι?τητε? [ Επεξεργασ?α | επεξεργασ?α κ?δικα ]

Φυσικ?? [ Επεξεργασ?α | επεξεργασ?α κ?δικα ]

Οι φυσικ?? ιδι?τητε? του δευτερ?ου μπορο?ν να επιδε?ξουν σημαντικ? κινητικ? ισοτοπικ? αποτελ?σματα και ?λλε? διαφορ?? σε φυσικ?? και χημικ?? διαφορ?? σε σ?γκριση με τι? αντ?στοιχε? του πρωτ?ου. Για παρ?δειγμα, το D ₂ Ο ε?ναι περισσ?τερο πυκν?ρρευστο απ? το ¹ H ₂ O. ^[9] Χημικ?, υπ?ρχουν διαφορ?? στι? δεσμικ?? εν?ργειε? και στα μ?κη δεσμ?ν αν?μεσα σε χημικ?? εν?σει? που περι?χουν δευτ?ριο σε σ?γκριση με αυτ?? που περι?χουν μ?νο πρ?τιο. Οι διαφορ?? αυτ?? ε?ναι μεγαλ?τερε? σε σ?γκριση με τι? αντ?στοιχε? διαφορ?? των διαφορετικ?ν ισοτ?πων των υπ?λοιπων χημικ?ν στοιχε?ων. Πιο συγκεκριμ?να, χημικο? δεσμο? που συμπεριλαμβ?νουν δευτ?ριο ? και τρ?τιο ε?ναι κ?πω? ισχυρ?τεροι απ? του? αντ?στοιχου? δεσμο?? του συμπεριλαμβ?νουν πρ?τιο αντ? αυτ?ν. Οι διαφορετικ?? αυτ?? ε?ναι αρκετ?? για να προκαλ?σουν σημαντικ?? αλλαγ?? σε βιολογικ?? αντιδρ?σει?. Οι φαρμακευτικ?? εταιρε?ε? ενδιαφ?ρονται για το γεγον?? ?τι το δευτ?ριο ε?ναι δυσκολ?τερο να αποσπαστε? απ? τον ?νθρακα σε σ?γκριση με το πρ?τιο. ^[10]

Το δευτ?ριο μπορε? να αντικαταστ?σει το πρ?τιο σε μ?ρια νερο?, σχηματ?ζοντα? βαρ? ?δωρ (D ₂ O), που ε?ναι περ?που 10,6% πυκν?τερο απ? το φυσικ? νερ? και γι' αυτ? μ?λιστα ο βαρ?? π?γο? (δηλαδ? παγωμ?νο βαρ? ?δωρ) βυθ?ζεται στο κανονικ? υγρ?, αντ? να επιπλ?ει σε αυτ?, ?πω? ο κανονικ?? π?γο?. Το βαρ? ?δωρ ε?ναι ελαφρ?? τοξικ? για τα ευκαρυωτικ? ζ?α . Αν στα τελευτα?α το 25% του νερο? του σ?ματ?? του? αντικατασταθε? απ? βαρ? ?δωρ τ?τε προκαλο?νται προβλ?ματα στην κυτταρικ? δια?ρεση και στειρ?τητα, εν? αν η αντικατ?σταση φθ?σει το 50% τ?τε προκαλε?ται θ?νατο? απ? κυτοτοξικ? σ?νδρομο (δηλαδ? ανεπ?ρκεια του μυελο? των οστ?ν και ανεπ?ρκεια τη? γαστροεντερικ?? επ?νδυση?). Οι προκαρυωτικο? οργανισμο?, ωστ?σο, μπορο?ν να επιβι?σουν και να αναπτυχθο?ν ακ?μη και σε καθαρ? βαρ? ?δωρ, αν και αναπτ?σσονται βραδ?τερα. ^[11] Παρ' ?λη την τοξικ?τητ? του, η (περιορισμ?νη) καταν?λωση βαρ?ο? ?δατο? υπ? κανονικ?? συνθ?κε? δεν αποτελε? απειλ? για την υγε?α των ανθρ?πων . ?χει εκτιμηθε? ?τι ?να? ?νθρωπο? β?ρου? 70 χιλιογρ?μμων μπορε? να πιει ω? 4,8 λ?τρα βαρ?ο? ?δατο? χωρ?? σοβαρ?? συν?πειε?. ^[12] Μικρ?? δ?σει? βαρ?ο? ?δατο? (δηλαδ? λ?γα γραμμ?ρια για του? ανθρ?που?) που περι?χουν ποσ?τητε? δευτερ?ου συγκρ?σιμε? με αυτ?? που φυσιολογικ? υπ?ρχουν στο σ?μα, χρησιμοποιο?νται συχν? ω? αβλαβ? μεταβολικ? ?χνη για ανθρ?που? και ζ?α.

Τον Α?γουστο του 2018 επιστ?μονε? ανακο?νωσαν τη μετατροπ? α?ριου δευτερ?ου στην υγρ? μεταλλικ? μορφ?. Αυτ? ?σω? βοηθ?σει του? ερευνητ?? να καταλ?βουν καλ?τερα π?? λειτουργο?ν οι αερι?δει? πλαν?τε?, ?πω? ο Δ?α?, ο Κρ?νο? και οι συγγενε?? του? εξωπλαν?τε? , εφ?σον θεωρε?ται ?τι τ?τοιοι πλαν?τε? περι?χουν πολ? υγρ? μεταλλικ? υδρογ?νο, που ?σω? ε?ναι υπε?θυνο για τα παρατηρο?μενα πολ? ισχυρ? μαγνητικ? του? πεδ?α . ^{[13] [14]}

Κβαντικ?? [ Επεξεργασ?α | επεξεργασ?α κ?δικα ]

Το δευτ?ριο ?χει σπιν +1 (συγκεκριμ?να μ?νο το δευτ?ριο ≪τριπλ??≫ κατ?σταση?) και ?τσι ε?ναι ?να μποζ?νιο . Η συχν?τητα στη φασματοσκοπ?α πυρηνικο? μαγνητικο? συντονισμο? του δευτερ?ου ε?ναι διαφορετικ? απ? αυτ?ν του πρωτ?ου. Η φασματοσκοπ?α υπερ?θρου επ?ση? ε?κολα διακρ?νει πολλ?? δευτεριο?χε? εν?σει? απ? τι? πρωτιο?χε?, εξαιτ?α? μεγ?λων διαφορ?ν στι? συχν?τητε? απορρ?φηση? υπερ?θρου, εφ?σον αντιστοιχε? στην δ?νηση χημικο? δεσμο? που περι?χει δευτ?ριο ?ναντι χημικο? δεσμο? που περι?χει πρ?τιο. Τα δυο σταθερ? ισ?τοπα του υδρογ?νου μπορο?ν επ?ση? να διακριθο?ν με τη χρ?ση φασματοσκοπ?α? μαζ?ν ,

Το τριπλ?? κατ?σταση? δευτερ?νιο αντιστοιχε? σε δεσμικ? εν?ργεια E _B = 2,23 MeV, δεν ?χει βρεθε? καμμι? πραγματικ? υψηλ?τερη ενεργειακ? κατ?σταση. Το ≪μον??≫ κατ?σταση? δευτερ?νιο υφ?σταται μ?νο υποθετικ? και αντιστοιχε? σε δεσμικ? εν?ργεια E _B = -60 keV. Επομ?νω? δεν υπ?ρχει τ?τοιο σταθερ? σωμ?τιο, αλλ? αυτ? το υποθετικ? σωμ?τιο αστραπια?α υπ?ρχει κατ? τη δι?ρκεια ανελαστικ?? σκ?δαση? νετρον?ου - πρωτον?ου, πα?ρνοντα? ?μω? υπ?ψη ?τι υπολογ?ζεται ?τι ε?ναι μη συνηθισμ?νο μεγ?λο νετρ?νιο να σκεδ?ζεται σε ορθ? γων?α με πρωτ?νιο. ^[15]

Πυρηνικ?? ιδι?τητε? δευτερον?ου [ Επεξεργασ?α | επεξεργασ?α κ?δικα ]

Μ?ζα και ακτ?να δευτερον?ου [ Επεξεργασ?α | επεξεργασ?α κ?δικα ]

Ο πυρ?να? του δευτερ?ου ονομ?ζεται δευτερ?νιο . ?χει μ?ζα 2.013553212745(40) amu. ^[16] Η ακτ?να φορτ?ου του δευτερον?ου ε?ναι 2.1413(25) fm ^[17] (1 fm = 10 ^-15 m) . ?πω? ?ταν πρ?κειται για την ακτ?να πρωτον?ου, οι μετρ?σει? που ?γιναν χρησιμοποι?ντα? μιονικ? δευτ?ριο παρ?γουν ?να σημαντικ? μικρ?τερο αποτ?λεσμα. Συγκεκριμ?να παρ?γουν r = 2,12562(78) fm. ^[18] Αυτ? η κατ? 6σ μικρ?τερη τιμ? απ? την αποδεκτ? τιμ? CODATA 2014 , που μετρ?θηκε με τη χρ?ση ηλεκτρον?ων, επιβεβαι?νει την ανωμαλ?α τη? ακτ?να? φορτ?ου πρωτον?ου. ^[19]

Σπιν και εν?ργεια [ Επεξεργασ?α | επεξεργασ?α κ?δικα ]

Το δευτ?ριο ε?ναι ?να απ? τα μ?νο π?ντε (5) σταθερ? νουκλ?δια με περιττ? αριθμ? πρωτον?ων (Z) και περιττ? αριθμ? νετρον?ων (N).

Τα π?ντε (5) τ?τοια νουκλ?δια ε?ναι τα ακ?λουθα:

1. ² Η. Z = 1 και N = 1.
2. ⁶ Li. Z = 3 και N = 3.
3. ¹⁰ B. Z = 5 και N = 5.
4. ¹⁴ N, Z = 7 και N = 7.
5. ^180m Ta, Ζ = 73 και N = 107.

Υπ?ρχουν, ακ?μη, τ?σσερα (4) φυσικ? υπ?ρχοντα μακρ?βια ραδιενεργ? νουκλ?δια με την ?δια ιδι?τητα:

1. ⁴⁰ K, Z = 19 και N = 21.
2. ⁵⁰ V, Z = 23 και N = 27.
3. ¹³⁸ La, Ζ = 57 και N = 81.
4. ¹⁷⁶ Lu, Z = 71 και N = 105.

Οι περισσ?τεροι ?λλοι πυρ?νε? με περιττ? Z και περιττ? N ε?ναι ασταθε??, με τ?ση να δ?νουν β-δι?σπαση , γιατ? τα προ??ντα αυτ?? ?χουν ?ρτιο Z και ?ρτιο Ν, οπ?τε ?χει ισχυρ?τερου? πυρηνικο?? δεσμο??, εξαιτ?α? των φαινομ?νων σ?ζευξη? πυρηνικ?ν ζευγ?ν . Στο δευτερ?νιο, ωστ?σο, υπ?ρχουν σταθεροποιητικ? οφ?λη απ? τη σ?ζευξη ζε?γου? πρωτον?ου - νετρον?ου, ?χοντα? την κατ?σταση σπιν-1, που δ?νει ισχυρ?τερη πυρηνικ? ?λξη. Αντ?στοιχη κατ?σταση σπιν-1 δεν υπ?ρχει σε σ?στημα δ?ο (2) πρωτον?ων ? δ?ο (2) νετρον?ων, χ?ρη στην αρχ? εξα?ρεση? Π?ουλι , που απαιτε? το ?να ? το ?λλο ταυτ?σημο σωμ?τιο με το ?διο σπιν να ?χει κ?ποιον ?λλο διαφορετικ? κβαντικ? αριθμ?, ?πω? η τροχιακ? γωνιακ? ορμ? . Αλλ? η διαφορετικ? τροχιακ? γωνιακ? ορμ? δ?νει σε κ?θε ?να σωμ?τιο μικρ?τερη εν?ργεια σ?νδεση? για το σ?στημα, κυρ?ω? λ?γω τη? αυξημ?νη? απ?σταση? των σωματ?ων στην απ?τομη κλ?ση τη? πυρηνικ?? δ?ναμη?. Και στι? δυο περιπτ?σει?, αυτ? η αρχ? κ?νει τα συστ?ματα διπρωτον?ου ( ² He) ? δινετρον?ου να ε?ναι ασταθ? .

?ταν ?να πρωτ?νιο και ?να νετρ?νιο συνεν?νονται σχηματ?ζοντα? δευτερ?νιο, το τελευτα?ο μπορε? να διασπαστε?, μ?σω αλληλεπιδρ?σεων ουδετ?ρου ρε?ματο? με νετρ?να .

Η διατομ? για αυτ? την αλληλεπ?δραση ε?ναι συγκριτικ? μεγ?λη και το δευτ?ριο χρησιμοποι?θηκε με επιτυχ?α ω? στ?χο? νετρ?νων, στο πε?ραμα του Αστεροσκοπ?ου νετρ?νων Σ?ντμπερυ .

Ισοσπινικ? μον? κατ?σταση δευτερον?ου [ Επεξεργασ?α | επεξεργασ?α κ?δικα ]

Εξαιτ?α? τη? ομοι?τητα? στη μ?ζα και στι? πυρηνικ?? ιδι?τητε? μεταξ? πρωτον?ου και νετρον?ου, μερικ?? φορ?? θεωρο?νται ω? δυο συμμετρικο? τ?ποι του ?διου αντικειμ?νου, εν?? νουκλε?νιου . Επειδ? μ?νο το πρωτ?νιο ?χει ηλεκτρικ? φορτ?ο, αυτ? συχν? ε?ναι αμελητ?ο, εξαιτ?α? τη? σχετικ?? αδυναμ?α? τη? ηλεκτρομαγνητικ?? αλληλεπ?δραση? σε σ?γκριση με την ισχυρ? πυρηνικ? αλληλεπ?δραση . Η συμμετρ?α που σχετ?ζεται με το πρωτ?νιο και το νετρ?νιο ε?ναι γνωστ? ω? ισοσπιν και υποδηλ?νεται ω? I (? μερικ?? φορ?? ω? T ).

Το ισοσπ?ν ε?ναι μια συμμετρ?α SU(2) , ?πω? το κανονικ? σπιν, αλλ? εντελ?? αν?λογη με αυτ?. Το πρωτ?νιο και το νετρ?νιο σχηματ?ζουν μια ισοσπινικ? διπλ?τα, με μια ≪κ?τω≫ κατ?σταση (↓) στο νετρ?νιο και με μια ≪?νω≫ κατ?σταση (↑) στο πρωτ?νιο. ^[20]

?να ζε?γο? νουκλεον?ων μπορε? να βρ?σκεται ε?τε σε μια αντισυμμετρικ? ισοσπ?ν κατ?σταση που ονομ?ζεται ≪ μον? ≫ ( singlet ) ε?τε σε μια συμμετρικ? κατ?σταση που ονομ?ζεται ≪τριπλ?≫ ( triplet ). Σε ?ρου? κ?τω και ?νω κατ?σταση?, η μον? κατ?σταση ε?ναι: ${\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {2}}}{\Big (}|\uparrow \downarrow \rangle -|\downarrow \uparrow \rangle {\Big )}.}$Αυτ? ισχ?ει για ?να δευτερ?νιο, που περι?χει ?να πρωτ?νιο και ?να νετρ?νιο. Αντ?στοιχα, η τριπλ? κατ?σταση ε?ναι: ${\displaystyle \left({\begin{array}{ll}|\uparrow \uparrow \rangle \\{\frac {1}{\sqrt {2}}}(|\uparrow \downarrow \rangle +|\downarrow \uparrow \rangle )\\|\downarrow \downarrow \rangle \end{array}}\right)}$. Αυτ? η κατ?σταση μπορε? να προκ?ψει σε τρει? (3) περιπτ?σει?:

1. Σε πυρ?να διπρωτον?ου.
2. Σε πυρ?να δευτερον?ου σε ουσιαστικ? πολ? διεγερμ?νη κατ?σταση.
3. Σε πυρ?να δινετρον?ου.

Οι πυρ?νε? διπρωτον?ου και δινετρον?ου, ?πω? προαναφ?ραμε ε?ναι εξαιρετικ? ασταθε??, οπ?τε απομ?νουν μ?νο οι πολ? διεγερμ?νη? κατ?σταση? πυρ?νε? δευτερον?ου.

Προσεγγιστικ? κυματοσυν?ρτηση δευτερον?ου [ Επεξεργασ?α | επεξεργασ?α κ?δικα ]

Η κυματοσυν?ρτηση του δευτερον?ου πρ?πει να ε?ναι αντισυμμετρικ?, αν χρησιμοποιηθε? η ισοσπινικ? αναπαρ?σταση. Εφ?σον το πρωτ?νιο και το νετρ?νιο δεν ε?ναι ταυτ?σημα σωμ?τια η κυματοσυν?ρτηση δεν χρει?ζεται να ε?ναι γενικ? αντισυμμετρικ?. Εκτ?? απ? το ισοσπιν του?, τα δυο νουκλε?νια ?χουν επ?ση? σπιν και ειδικ?? συνεισφορ?? στην κυματοσυν?ρτησ? του?. Η τελευτα?α (κυματοσυν?ρτηση) ε?ναι συμμετρικ? αν το δευτερ?νιο ε?ναι συμμετρικ? υπ? ισοτιμ?α (π.χ. αν ?χει μια ?ρτια ? θετικ? ισοτιμ?α) και αντισυμμετρικ? αν το δευτερ?νιο ε?ναι αντισυμμετρικ? (π.χ. αν ?χει μια περιττ? ? αρνητικ? ισοτιμ?α). Η ισοτιμ?α ε?ναι πλ?ρω? καθορισμ?νη απ? τη συνολικ? ολικ? γωνιακ? ορμ? των δυο νουκλεον?ων. Αν η ολικ? γωνιακ? ορμ? ε?ναι ?ρτια (θετικ?), τ?τε και η ισοτιμ?α ε?ναι ?ρτια (θετικ?). Αν η ολικ? γωνιακ? ορμ? ε?ναι περιττ? (αρνητικ?), τ?τε και η ισοτιμ?α ε?ναι περιττ? (αρνητικ?).

Το δευτερ?νιο ?ντα? σε ισοσπιν μον? κατ?στση ε?ναι αντισυμμετρικ? υπ? την ανταλλαγ? των νουκλεον?ων εξαιτ?α? του ισοσπ?ν. Γι' αυτ? πρ?πει να ε?ναι συμμετρικ? υπ? διπλ? ανταλλαγ? του σπιν και τη? τοποθεσ?α? του?. ?τσι, μπορο?ν να διαχωριστο?ν δυο διαφορετικ?? καταστ?σει?:

1. Συμμετρικ? σπιν και συμμετρικ? κ?τω ισοτιμ?α. Σε αυτ?ν την περ?πτωση, η ανταλλαγ? των δυο νουκλεον?ων πολλακλασι?ζει την κυματοσυν?ρτηση του δευτερον?ου με -1, απ? την ανταλλαγ? ισοσπ?ν, με +1, απ? την ανταλλαγ? σπιν και με +1, απ? την ισοτιμ?α, λ?γω ανταλλαγ? θ?ση?. Ο συνολικ?? συντελεστ?? ε?ναι -1, ?πω? απαιττε?ται για την αντισυμμετρ?α. Το σπιν του δευτερον?ου ε?ναι μια τριπλ? κατ?σταση σπιν, με συνολικ? σπιν s = 1. Επιπλ?ον ?χει αρνητικ? ισοτιμ?α και ?ρα αρνητικ? τροχιακ? γωνιακ? ορμ? l . ?σο μικρ?τερη ε?ναι η τροχιακ? γωνιακ? ορφ?, τ?σο μικρ?τερη ε?ναι η εν?ργεια. Επομ?νω?, η μικρ?τερη πιθαν? ενεργειακ? κατ?σταση αντιστοιχε? σε s = 1 και l = 0. Εφ?σον το s = 1 δ?νει ισχυρ?τερη πυρηνικ? ?λξη, η βασικ? κατ?σταση του δευτερον?ου ε?ναι η κατ?σταση s = 1 και l = 0.
2. Αντισυμμετρικ? σπιν και αντισυμμετρικ? κ?τω ισοτιμ?α. Σε αυτ?ν την περ?πτωση, η ανταλλαγ? των δυο νουκλεον?ων πολλακλασι?ζει την κυματοσυν?ρτηση του δευτερον?ου με -1, απ? την ανταλλαγ? ισοσπ?ν, με -1, απ? την ανταλλαγ? σπιν και με -1, απ? την ισοτιμ?α, λ?γω ανταλλαγ? θ?ση?. Ο συνολικ?? συντελεστ?? ε?ναι -1, ?πω? απαιττε?ται για την αντισυμμετρ?α.

Παραπομπ?? και σημει?σει? [ Επεξεργασ?α | επεξεργασ?α κ?δικα ]

Αυτ? το λ?μμα σχετικ? με ?να ισ?τοπο χρει?ζεται επ?κταση . Μπορε?τε να βοηθ?σετε την Βικιπα?δεια επεκτε?νοντ?? το .