คุณสมบัติดิวเทอเรียม
คุณสมบัติทางกายภาพของสารประกอบดิวเทอเรียมสามารถแสดง ผลกระทบของไอโซโทปไคเนติก อย่างมีนัยสำคัญและความแตกต่างของคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีอื่น ๆ จากโปรเทียมแอนะล็อก . D2Oเช่น หนืด มากกว่า H2Oในทางเคมีมีความแตกต่างของพลังงานพันธะและความยาวของสารประกอบของไอโซโทปของไฮโดรเจนหนักเมื่อเทียบกับโปรเทียมซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าความแตกต่างของไอโซโทปในองค์ประกอบอื่น ๆ พันธะที่เกี่ยวข้องกับดิวเทอเรียมและ ไอโซโทป ค่อนข้างแข็งแรงกว่าพันธะที่สอดคล้องกันในโปรเทียมและความแตกต่างเหล่านี้เพียงพอที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในปฏิกิริยาทางชีววิทยา บริษัท ยาสนใจในข้อเท็จจริงที่ว่าดิวเทอเรียมยากที่จะขจัดออกจากคาร์บอนได้ยากกว่าโปรเตียม
ดิวเทอเรียมสามารถแทนที่โปรเทียมในโมเลกุลของน้ำให้กลายเป็นน้ำที่มีน้ำหนักมาก (D 2 O) ซึ่งมีค่าประมาณ หนาแน่นกว่าน้ำปกติ 10.6% (เพื่อให้น้ำแข็งที่ทำจากมันจมลงในน้ำธรรมดา) น้ำที่มีปริมาณมากเป็นพิษเล็กน้อยในสัตว์ ยูคาริโอต โดยการทดแทนน้ำในร่างกาย 25% ทำให้เกิดปัญหาการแบ่งตัวของเซลล์และการเป็นหมันและการทดแทน 50% ทำให้เสียชีวิตด้วยโรคพิษจากเซลล์ (ไขกระดูกล้มเหลวและเยื่อบุทางเดินอาหารล้มเหลว) อย่างไรก็ตามสิ่งมีชีวิต Prokaryotic สามารถอยู่รอดและเติบโตได้ในน้ำที่มีน้ำหนักมากแม้ว่าจ ะพัฒนาช้า แม้จะมีความเป็นพิษนี้ แต่การบริโภคน้ำปริมาณมากภายใต้สถานการณ์ปกติไม่ก่อให้เกิด ภัยคุกคามต่อสุขภาพ ต่อมนุษย์ คาดว่าคน 70 กก. (154 ปอนด์) อาจดื่มน้ำหนัก 4.8 ลิตร (1.3 ดอลลาร์สหรัฐ) โดยไม่มีผลกระทบร้ายแรง น้ำปริมาณเล็กน้อย (ไม่กี่กรัมในมนุษย์ซึ่งมีปริมาณดิวทีเรียมเทียบเท่ากับที่มีอยู่ในร่างกายตามปกติ) มักใช้เป็นตัวติดตามการเผาผลาญที่ไม่เป็นอันตรายในมนุษย์และสัตว์
คุณสมบัติทางควอนตัม
ดิวเทอรอนมี สปิน +1 (“สถานะสามเท่า “) จึงเป็น โบซอน ความถี่ NMR ของดิวทีเรียมแตกต่างจากไฮโดรเจนเบาทั่วไปอย่างมีนัยสำคัญ อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี ยังแยกความแตกต่างของสารประกอบดิวเทอเรตจำนวนมากได้อย่างง่ายดายเนื่องจากความถี่ในการดูดกลืน IR ที่แตกต่างกันมากซึ่งเห็นได้จากการสั่นสะเทือนของพันธะเคมีที่มีดิวเทอเรียมเทียบกับไฮโดรเจนเบา นอกจากนี้ยังสามารถแยกแยะไอโซโทปที่เสถียรของไฮโดรเจนทั้งสองได้โดยใช้ แมสสเปกโตรเมตรี .
นิวคลีออนดิวเทอรอนสามเท่านั้นแทบจะไม่ถูกผูกมัดที่ E B = 2.23 MeV และไม่มีสถานะพลังงานใดที่สูงกว่าถูกผูกมัด ซิงเกิลเล็ตดิวเทอรอนเป็นสถานะเสมือนโดยมีพลังงานยึดเหนี่ยวเป็นลบ ~ 60 keV ไม่มีอนุภาคที่เสถียรเช่นนี้ แต่อนุภาคเสมือนนี้มีอยู่ชั่วคราวในร ะหว่างการกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นของนิวตรอน – โปรตอนซึ่งเป็นสาเหตุของการกระจัดกระจายของนิวตรอนที่มีขนาดใหญ่ผิดปกติในหน้าตัดของโปรตอน
สมบัติของนิวเคลียร์ (ดิวเทอรอน)
มวลและรัศมีของดิวเทอรอน
นิวเคลียสของดิวเทอเรียมเรียกว่าดิวเทอรอน มันมีมวล 2.013553212745 (40) u (มากกว่า 1.875 GeV)
รัศมีประจุ ของดิวเทอรอนคือ 2.12799 (74) fm.
ก็เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ) นิวเคลียส คี่ ส่วนใหญ่ไม่เสถียรเมื่อเทียบกับ การสลายตัวของเบต้า เนื่องจากผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวคือ สม่ำเสมอ และดังนั้นจึงมีความผูกพันอย่างมากเนื่องจาก ผลการจับคู่นิวเคลียร์ อย่างไรก็ตามดิวเทอเรียมได้รับประโยชน์จากการมีโปรตอนและนิวตรอนควบคู่ไปกับสถานะสปิน -1 ซึ่งทำให้มีแรงด ึงดูดนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งกว่า สถานะสปิน -1 ที่สอดคล้องกันไม่มีอยู่ในระบบสองนิวตรอนหรือสองโปรตอนเนื่องจาก หลักการแยกของ Pauli ซึ่งจะต้องใช้อนุภาคที่เหมือนกันอย่างน้อยหนึ่งอนุภาคที่มีสปินเดียวกันเพื่อให้มีความแตกต่างกัน จำนวนควอนตัมเช่น โมเมนตัมเชิงมุมออร์บิทัล แต่โมเมนตัมเชิงมุมวงโคจรของอนุภาคใดอนุภาคหนึ่งให้พลังงานยึดเหนี่ยว ต่ำกว่า สำหรับระบบสาเหตุหลักมาจากการเพิ่มระยะห่างของอนุภาคในการไล่ระดับสีที่สูงชันของแรงนิวเคลียร์ ในทั้งสองกรณีนี้ทำให้นิวเคลียส diproton และ dineutron ไม่เสถียร .
โปรตอนและนิวตรอนที่ประกอบเป็นดิวเทอเรียมสามารถ แยกออกจาก ผ่าน กระแสเป็นกลาง การโต้ตอบกับ นิวตริโน ส่วน หน้าตัด สำหรับการโต้ตอบนี้ค่อนข้างใหญ่และใช้ดิวทีเรียมเป็นเป้าหมายนิวตริโนได้สำเร็จในการทดลอง Sudbury Neutrino Observatory
ไดอะตอมมิกดิวทีเรียม (D 2 ) มีออร์โธและพารา ไอโซเมอร์สปินนิวเคลียร์ เหมือนไฮโดรเจนไดอะตอม แต่มีความแตกต่าง ในจำนวนและจำนวนประชากรของสถานะสป ินและ ระดับการหมุน ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากดิวเทอรอนเป็น โบซอน ที่มีการสปินนิวเคลียร์เท่ากับหนึ่ง
สถานะสายเดี่ยวไอโซสปินของดิวเทอรอน
เนื่องจากความคล้ายคลึงกันใน สมบัติมวลและนิวเคลียร์ระหว่างโปรตอนและนิวตรอนบางครั้งถือว่าเป็นวัตถุชนิดเดียวกันแบบสมมาตรสองชนิดคือ นิวคลีออน ในขณะที่โปรตอนเท่านั้นที่มีประจุไฟฟ้า แต่ก็มักจะเล็กน้อยเนื่องจากความอ่อนแอของ ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อเทียบกับ ปฏิสัมพันธ์นิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง สมมาตรที่เกี่ยวข้องกับโปรตอนและนิวตรอนเรียกว่า isospin และแสดงเป็น I (หรือบางครั้งก็ T)
Isospin เป็นสมมาตร SU (2) เช่นเดียวกับ สปินธรรมดา ดังนั้นจึงคล้ายคลึงกับมันอย่างสมบูรณ์ โปรตอนและนิวตรอนซึ่งแต่ละตัวมี iso spin- ⁄ 2สร้าง isospin doublet (คล้ายกับ spin doublet ) โดยมีสถานะ “down” (↓) เป็น a นิวตรอนและสถานะ “ขึ้น” (↑) เป็นโปรตอน นิวคลีออนคู่หนึ่งสามารถอยู่ในสถานะ antisymmetric ของ isospin ที่เรียกว่า singlet หรือในสถานะสมมาตรที่เรียกว่า triplet ในแง่ของสถานะ “ลง” และสถานะ “ขึ้น” เสื้อกล้ามคือ
ฟังก์ชันคลื่นโดยประมาณของดิวเทอรอน
ฟังก์ชันคลื่นดิวเทอรอนจะต้องมีการป้องกันเสียงรบกวนหากใช้การแสดงไอโซสปิน ( เนื่องจากโปรตอนและนิวตรอนไม่ใช่อนุภาคที่เหมือนกันความผิดปกติของคลื่นจึงไม่จำเป็นต้องเป็นแอนติเมทริกโดยทั่วไป) . นอกจากไอโซสปินแล้วนิวคลีออนทั้งสองยังมีการหมุนและการกระจายเชิงพื้นที่ของฟังก์ชันคลื่น ตัวหลังจะสมมาตรถ้าดิวเทอรอนสมมาตรภายใต้ พาริตี (กล่าวคือมีพาริตี “คู่” หรือ “บวก”) และแอนตีซิมเมทริกถ้าดิวเทอรอนเป็นแอนเทอรอนภายใต้ความเท่าเทียมกัน (เช่นมี “คี่” หรือ “ลบ ” ความเท่าเทียมกัน). ความเท่าเทียมกันจะถูกกำหนดอย่างสมบูรณ์โดยโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรทั้งหมดของนิวคลีออนทั้งสอง: ถ้ามันเท่ากันพาริตีจะเป็นคู่ (บวก) และถ้ามันเป็นเลขคี่พาริตีจะเป็นเลขคี่ (ลบ)
ดิวเทอรอนซึ่งเป็นเสื้อกล้ามไอโซสปินเป็นแอนติซิมเมทริกภายใต้การแลกเปลี่ยนนิวคลีออนเนื่องจากไอโซสปินดังนั้นจึงต้องสมมาตรภายใต้การแลกเปลี่ยนสองครั้งของสปินและตำแหน่ง ดังนั้นจึงสามารถอยู่ในสถานะที่แตกต่างกันสองสถานะต่อไปนี้:
สปินสมมาตรและสมมาตรภายใต้พาริตี ในกรณีนี้การแลกเปลี่ยนของทั้งสองนิวคลีออนจะคูณฟังก์ชันคลื่นดิวเทอเรียมด้วย (−1) จากการแลกเปลี่ยนไอโซสปิน (+1) จากการแลกเปลี่ยนสปินและ (+1) จากพาริตี (การแลกเปลี่ยนตำแหน่ง) รวมเป็น (−1) ) ตามความจำเป็นสำหรับ antisymmetry
Antisymmetric spin และ ant isymmetric ภายใต้ความเท่าเทียมกันในกรณีนี้การแลกเปลี่ยนของทั้งสองนิวคลีออนจะขยายฐานนิยมดิวเทอเรียมโดย (−1) จากการแลกเปลี่ยนไอโซปิน (−1) จากการแลกเปลี่ยนปินและ ( −1) จากความล้มเหลว (การแลกเปลี่ยนตำแหน่ง) อีกครั้งรวมเป็น (- 1) ตามความจำเป็นสำหรับการป้องกันเสียงรบกวน
ในกรณีแรกดิวเทอรอนเป็นสปินทริปลเพื่อให้ส ปินรวมท่า 1 มันมีความเหมือนกันและโมฆะเวทีคู่ขนานของวงโคจรโมฆะวัฒนธรรมเชิงวัฒนธรรมของวงโคจรยิ่งต่ำก็จะยิ่งลดลงโหมดต่ำสุดที่เป็นไปได้คือ s = 1, l = 0.
ในกรณีที่สองดิวเทอโรลเป็นเสื้อกล้ามสปินดังนั้นสปินรวมของเงียบ ๆ เป็น 0 มันยังมีความเสมอภาคและดังนั้นโมฆะกระแสเฉื่อยวงโคจรคี่ l. ดังนั้นการเล่นต่ำสุดต่ำสุดที่เป็นไปได้คือ s = 0, l = 1
เนื่องจากเนื่องจาก s = 1 ให้แรงโน้มน้าวที่แข็งแกร่งกว่าดิวเทอเรียม เกมพื้น ต่ำอยู่ใน s = 1, l = 0
ข้อควรพิจารณานี้นำไปสู่โหมดที่เป็นไปได้ของ isospin triplet ที่มี s = 0, l = แม้หรือ s = 1, l = odd ให้บริการของผู้ให้ต่ำ ต่ำสุดมี s = 1, l = 1 สูงกว่าของ isospin singlet
