Deuterium gegen Wasserstoff
Atome desselben Elements können unterschiedlich sein. Diese verschiedenen Atome desselben Elements werden Isotope genannt. Sie unterscheiden sich voneinander durch eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen. Da die Neutronenzahl unterschiedlich ist, unterscheidet sich auch ihre Massenzahl. Elemente können mehrere Isotope haben. Die Natur jedes Isotops trägt zur Natur eines Elements bei. Deuterium ist ein Wasserstoffisotop und der folgende Artikel beschreibt ihre Unterschiede.
Wasserstoff
Wasserstoff ist das erste und kleinste Element im Periodensystem, das als H bezeichnet wird. Es hat ein Elektron und ein Proton. Es wird aufgrund seiner Elektronenkonfiguration in Gruppe 1 und Periode 1 des Periodensystems eingeordnet: 1s1 Wasserstoff kann ein Elektron aufnehmen, um ein negativ geladenes Ion zu bilden, oder kann das Elektron leicht abgeben um ein positiv geladenes Proton zu erzeugen oder das Elektron zu teilen, um kovalente Bindungen zu bilden. Aufgrund dieser Fähigkeit ist Wasserstoff in einer großen Anzahl von Molekülen vorhanden, und es ist ein sehr häufig vorkommendes Element auf der Erde. Wasserstoff hat drei Isotope namens Protium-1H (keine Neutronen), Deuterium-2H (ein Neutron) und Tritium- 3H (zwei Neutronen). Protium ist das häufigste unter den dreien mit etwa 99 % relativer Häufigkeit. Wasserstoff liegt als zweiatomiges Molekül (H2) in der Gasphase vor und ist ein farb- und geruchloses Gas. Außerdem ist Wasserstoff ein extrem brennbares Gas und brennt mit einer hellblauen Flamme. Wasserstoff ist bei normaler Raumtemperatur nicht sehr reaktiv. Bei hohen Temperaturen kann es jedoch schnell reagieren. H2befindet sich in der Oxidationsstufe Null; daher kann es als Reduktionsmittel wirken, um Metalloxide oder -chloride zu reduzieren und Metalle freizusetzen. Wasserstoff wird in der chemischen Industrie beispielsweise zur Ammoniakproduktion im Haber-Prozess verwendet. Flüssiger Wasserstoff wird als Treibstoff in Raketen und Fahrzeugen verwendet.
Deuterium
Deuterium ist eines der Isotope des Wasserstoffs. Es ist ein stabiles Isotop mit einer natürlichen Häufigkeit von 0,015 %. Im Kern von Deuterium gibt es ein Proton und ein Neutron. Daher ist die Massenzahl zwei und die Ordnungszahl eins. Dieser wird auch als schwerer Wasserstoff bezeichnet. Deuterium wird als 2H angezeigt. Am häufigsten wird es jedoch mit D dargestellt. Deuterium kann als zweiatomiges gasförmiges Molekül mit der chemischen Formel D2 existieren. Allerdings ist die Möglichkeit, zwei D-Atome in der Natur zu verbinden, aufgrund der geringeren Häufigkeit gering von Deuterium. Daher ist Deuterium hauptsächlich an ein 1H-Atom gebunden, wodurch ein Gas namens HD (Wasserstoffdeuterid) entsteht. Zwei Deuteriumatome können sich mit einem Sauerstoff verbinden, um das Wasseranalogon D2O zu bilden, das auch als schweres Wasser bekannt ist. Moleküle mit Deuterium zeigen andere chemische und physikalische Eigenschaften als ihr Wasserstoff-Analogon. Beispielsweise kann Deuterium einen kinetischen Isotopeneffekt zeigen. Deuterierte Verbindungen zeigen charakteristische Unterschiede in der NMR-, IR- und Massenspektroskopie und können daher mit diesen Methoden identifiziert werden. Deuterium hat einen Spin von eins. In der NMR ergibt die Deuteriumkopplung also ein Triplett. Es absorbiert eine andere IR-Frequenz als Wasserstoff in der IR-Spektroskopie. Aufgrund des großen Massenunterschieds kann Deuterium in der Massenspektroskopie von Wasserstoff unterschieden werden.
Was ist der Unterschied zwischen Wasserstoff und Deuterium?
• Deuterium ist ein Wasserstoffisotop.
• Im Vergleich zu anderen Wasserstoffisotopen hat Deuterium eine Massenzahl von zwei (ein Neutron und ein Proton im Kern).
• Das Atomgewicht von Wasserstoff beträgt 1,007947, während die Masse von Deuterium 2,014102 beträgt.
• Wenn Deuterium anstelle von Wasserstoff in Moleküle eingebaut wird, unterscheiden sich bestimmte Eigenschaften wie Bindungsenergie und Bindungslänge.
