Deuterium versus waterstof
Atomen van hetzelfde element kunnen verschillend zijn. Deze verschillende atomen van hetzelfde element worden isotopen genoemd. Ze verschillen van elkaar doordat ze een verschillend aantal neutronen hebben. Omdat het neutronengetal anders is, verschilt ook hun massagetal. Elementen kunnen meerdere isotopen hebben. De aard van elke isotoop draagt bij aan de aard van een element. Deuterium is een waterstofisotoop en het volgende artikel beschrijft hun verschillen.
Waterstof
Waterstof is het eerste en het kleinste element in het periodiek systeem, dat wordt aangeduid als H. Het heeft één elektron en één proton. Het is gecategoriseerd onder groep 1 en periode 1 in het periodiek systeem vanwege zijn elektronenconfiguratie: 1s1 Waterstof kan een elektron opnemen om een negatief geladen ion te vormen, of kan het elektron gemakkelijk doneren om een positief geladen proton te produceren of het elektron te delen om covalente bindingen te maken. Vanwege dit vermogen is waterstof aanwezig in een groot aantal moleculen en is het een zeer overvloedig element in de aarde. Waterstof heeft drie isotopen genaamd protium-1H (geen neutronen), deuterium-2H (één neutron) en tritium- 3H (twee neutronen). Protium is de meest voorkomende van de drie met ongeveer 99% relatieve overvloed. Waterstof bestaat als een diatomisch molecuul (H2) in de gasfase, en het is een kleurloos, geurloos gas. Bovendien is waterstof een uiterst brandbaar gas en brandt het met een lichtblauwe vlam. Waterstof is bij normale kamertemperatuur niet erg reactief. Bij hoge temperaturen kan het echter snel reageren. H2bevindt zich in de nul-oxidatietoestand; daarom kan het werken als een reductiemiddel, om metaaloxiden of chloriden te verminderen en metalen vrij te maken. Waterstof wordt gebruikt in de chemische industrie, zoals voor de productie van ammoniak in het Haber-proces. Vloeibare waterstof wordt gebruikt als brandstof in raketten en voertuigen.
Deuterium
Deuterium is een van de isotopen van waterstof. Het is een stabiele isotoop met 0,015% natuurlijke overvloed. In de kern van deuterium bevinden zich een proton en een neutron. Daarom is het massagetal ervan twee en het atoomnummer één. Dit wordt ook wel de zware waterstof genoemd. Deuterium wordt weergegeven als 2H. Maar meestal wordt het weergegeven met D. Deuterium kan bestaan als een diatomisch gasvormig molecuul met de chemische formule D2 De mogelijkheid om twee D-atomen in de natuur samen te voegen is echter klein vanwege de lagere abundantie van deuterium. Daarom is deuterium meestal gebonden aan een 1H-atoom, waardoor een gas ontstaat dat HD (waterstofdeuteride) wordt genoemd. Twee deuteriumatomen kunnen binden met een zuurstof om de wateranaloog D2O te vormen, ook wel bekend als zwaar water. Moleculen met deuterium vertonen andere chemische en fysische eigenschappen dan de waterstofanaloog ervan. Deuterium kan bijvoorbeeld een kinetisch isotoopeffect vertonen. Gedeutereerde verbindingen vertonen karakteristieke verschillen in NMR, IR en massaspectroscopie en kunnen daarom worden geïdentificeerd met behulp van die methoden. Deuterium heeft een spin van één. Dus in NMR geeft deuteriumkoppeling een triplet. Het absorbeert een andere IR-frequentie dan waterstof in IR-spectroscopie. Vanwege het grote massaverschil kan bij massaspectroscopie deuterium worden onderscheiden van waterstof.
Wat is het verschil tussen waterstof en deuterium?
• Deuterium is een isotoop van waterstof.
• Vergeleken met andere waterstofisotopen heeft deuterium een massagetal van twee (één neutron en één proton in de kern).
• Het atoomgewicht van waterstof is 1,007947, terwijl de massa van deuterium 2,014102 is.
• Wanneer deuterium wordt opgenomen in moleculen in plaats van waterstof, verschillen bepaalde eigenschappen zoals bindingsenergie en bindingslengte.
