Deuterium

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Deuterium (von griechisch δευτεÏ?ον: "das Zweite") ist neben Protium und Tritium ein Isotop des Wasserstoffes. Sein Atomkern wird auch Deuteron genannt.

Das korrekte chemische Symbol ist ²H, aus Gründen der Vereinfachung in der Formelschreibweise ist auch D geläufig.

Im Gegensatz zu dem ¹H Wasserstoff, bei dem der Atomkern aus einem einzigen Proton besteht, besteht der Deuteriumkern aus einem Proton und einem Neutron. Der Anteil an Deuterium in natürlich vorkommendem Wasserstoff beträgt 0,015 %.

Ersetzt man beim Wasser (H₂O) den Wasserstoff durch Deuterium, so erhält man schweres Wasser (D₂O). Die Dichte von D₂O beträgt 1,1047 g/cm³ bei 25 °C, Der Schmelzpunkt liegt bei 3,8 °C und der Siedepunkt bei 101,4 °C. Das Dichtemaximum liegt bei 11,2 °C (Wasser: 3,98 °C). Wasser, im ca. ein H-Atom durch ein D-Atom ersetzt ist, hat die Summenformel HDO. Schweres Wasser ist in größerer Konzentration wegen seiner verminderten Lösefähigkeit giftig.

Deuterium lässt sich leichter anreichern als Isotope der schweren Elemente wie z. B. Uran, weil das Massenverhältnis zwischen Protium und Deuterium sehr groß ist (ca. 2). In den ersten Anreicherungsstufen kommt gewöhnlich der Girdler-Sulfid-Prozess zu dem Einsatz. Dabei wird ausgenutzt, dass in einer wässrigen Schwefelwasserstoff-Lösung beide Molekülarten Wasserstoff austauschen können. Bei niedrigen Temperaturen wandert das Deuterium bevorzugt zu dem Wasser, bei hohen Temperaturen ist es umgekehrt. In der letzten Anreicherungsstufe wird das Gemisch aus H₂O, HDO und D₂O durch Destillation getrennt.

Eingesetzt wird Deuterium als Moderator in Kernreaktoren (hier in Form von schwerem Wasser), als Brennstoff in Wasserstoffbomben und als Tracer in der Chemie und Biologie. In zukünftigen Fusionsreaktoren soll ein Gemisch aus Deuterium und Tritium als Brennstoff dienen.

Deuterium wurde 1931 von Harold Clayton Urey entdeckt, wofür er 1934 den Chemienobelpreis erhielt.

Geschichtlicher Hintergrund: Deuterium war/ist ein wichtiger Bestandteil der Atombombe. Ca. aufgrund des Mangels an schwerem Wasser war es den Deutschen in dem 2. Weltkrieg nicht gelungen als Erste die Atombombe fertigzustellen und zu zünden. Es gab ca. eine Produktionsstätte der Deutschen, welche in Norwegen lag, jedoch wurde sie von Partisanen teilweise zerstört und die Abtransporte stets wieder angegriffen.