Belangrijkste verschil - Deuterium versus waterstof

Waterstof is het eerste element in het periodiek systeem met atoomnummer 1. Dit betekent dat waterstof één proton in zijn kern heeft. Deuterium is een stabiele isotoop van waterstof. Aangezien isotopen atomen zijn van hetzelfde element met hetzelfde aantal protonen en verschillende aantallen neutronen, zijn zowel waterstof als deuterium samengesteld uit één proton per elke kern. Het belangrijkste verschil tussen deuterium en waterstof is dat: Deuteriumatomen bevatten een neutron in hun kern, terwijl waterstofatomen geen neutronen in hun kern bevatten.

Belangrijkste gebieden die worden gedekt

1. Wat is waterstof? – Definitie, eigenschappen, toepassingen 2. Wat is deuterium? – Definitie, eigenschappen, toepassingen 3. Wat zijn de overeenkomsten tussen deuterium en waterstof? – Overzicht van gemeenschappelijke functies 4. Wat is het verschil tussen deuterium en waterstof? – Vergelijking van de belangrijkste verschillen

Sleutelbegrippen: atoommassa, atoomnummer, deuterium, deuteron, waterstof, isotoop, neutron, proton

Wat is waterstof?

Waterstof is een scheikundig element met atoomnummer 1. Het is het eerste element van het periodiek systeem der elementen. Het is samengesteld uit een enkel proton in zijn kern. De standaard atoommassa van waterstof is 1.00794 u. Waterstof is het lichtste element dat op aarde aanwezig is. Het waterstofatoom kan worden weergegeven als ¹₁H.

Figuur 1: Chemische structuur van waterstof.

Waterstofelement heeft drie belangrijke isotopen. Dit zijn Protium, Deuterium en Tritium. Protium is de meest voorkomende vorm van deze drie isotopen. De overvloed ervan is ongeveer 99%. Daarom wordt het beschouwd als normale waterstof. Protiumatoom is samengesteld uit een proton en heeft geen neutronen. Eén elektron kan worden waargenomen als het geen binding heeft. De elektronenconfiguratie van waterstof is 1s¹. Het heeft slechts één s-orbitaal en het heeft geen p-orbitalen.

Waterstof wordt meestal gevonden als H₂ gas of in vloeibare vorm als water (H₂O). Wanneer waterstof in H. is₂ gasvormige vorm, het is zeer ontvlambaar en kan verbranding ondergaan. Daarom wordt het gebruikt bij de verwerking van fossiele brandstoffen. Waterstof wordt ook gebruikt als de belangrijkste reactant bij de productie van ammoniak. Een andere belangrijke toepassing van waterstof is het gebruik als koelmiddel voor generatoren in elektriciteitscentrales.

Wat is deuterium?

Deuterium is een stabiele isotoop van het waterstofelement. Het bevat een kern met één proton en één neutron. Buiten de kern heeft deuterium één elektron. Het atoomnummer van deuterium is 1. De atoommassa van deuterium is ongeveer 2.014 u. Deuterium kan in symbolen worden gegeven als, ²H.

Figuur 2: Chemische structuur van deuterium

De overvloed aan deuterium op de aardkorst is ongeveer 0,015%. Omdat deuterium stabiel is, is het geen radioactief element. Het wordt ook wel zware waterstof genoemd omdat het zwaarder is dan normale waterstof. Zuiver deuteriumgas is zeldzaam te vinden. Meestal kan HD (H-D) gas worden gevonden in plaats van D₂ gas.

Zwaar water is een vorm van water gemaakt van D₂O moleculen in plaats van H₂O moleculen. Het wordt zwaar water genoemd omdat D₂O is zwaarder dan H₂O. De molaire massa van D₂O is ongeveer 20 g/mol terwijl de molaire massa van H₂O is 18 g/mol. Zwaar water wordt gebruikt als bron van deuterium voor synthesereacties in de organische chemie.

De kern van deuterium heet deuteron. De massa van deze kern is ongeveer gelijk aan 2.013 u. Deuterium is stabiel met een oneven aantal protonen en een oneven aantal neutronen. De meeste kernen met een oneven aantal protonen of neutronen zijn onstabiel en ondergaan bètaverval als gevolg van deze instabiliteit.

Deuterium wordt gebruikt in splijtingsreactoren in de vorm van zwaar water. Hier wordt het gebruikt om neutronen te vertragen. Deuterium wordt ook gebruikt in proton-NMR-spectroscopie als CDCl₃ om de spectra van lichte waterstof te onderscheiden van de waterstof in het oplosmiddel.

Overeenkomsten tussen deuterium en waterstof

Verschil tussen deuterium en waterstof

Definitie

deuterium: Deuterium is een stabiele isotoop van het waterstofelement.

Waterstof: Waterstof is een scheikundig element met atoomnummer 1.

Atoom massa

deuterium: De atoommassa van Deuterium is 2,014 u.

Waterstof: De atoommassa van waterstof is 1.00794 u.

Elementair symbool

deuterium: Deuterium kan worden weergegeven als D of ²₁H.

Waterstof: Waterstof kan worden weergegeven als H of ¹₁H.

Natuurlijke overvloed

deuterium: De overvloed aan Deuterium is ongeveer 0,015%.

Waterstof: De overvloed aan waterstof is ongeveer 99%.

Samenvatting

Deuterium is een isotoop van waterstof. Omdat Protium de meest voorkomende isotoop van waterstof is, wordt het beschouwd als normale waterstof. De overvloed aan Protium is ongeveer 99%. Naast isotopen is er echter een duidelijk verschil tussen deuterium en waterstof.

Referenties:

1. Helmenstine, Ph.D. Anne Marie. "Interessante Deuterium-feiten." GedachteCo. n.p., n.d. Web. Beschikbaar Hier. 25 juli 2017. 2. “Waterstof – Element informatie, eigenschappen en gebruik | Periodiek systeem." Royal Society of Chemistry - Vooruitgang in de chemische wetenschappen. n.p., n.d. Web. Beschikbaar Hier. 25 juli 2017.

Afbeelding met dank aan:

"Blausen 0526 Hydrogen-1Atom" door BruceBlaus - Eigen werk (CC BY 3.0) via Commons Wikimedia "Blausen 0527 Hydrogen-2 Deuterium" Av BruceBlaus - Eget verk (CC BY 3.0) via Commons Wikimedia