Quelltext der Seite Deuterium

{{Infobox Chemikalie
| Strukturformel  = [[Datei:Mol deuterium.png|100px|Struktur von molekularem Deuterium]]
| Andere Namen    = * Schwerer Wasserstoff
* Diplogen (veraltet)
| Summenformel    = D<sub>2</sub> <small>(molekulare Form)</small>
| CAS             = {{CASRN|7782-39-0|Q6419441}}
| EG-Nummer       = 231-952-7
| ECHA-ID         = 100.029.047
| PubChem         = 24523
| Beschreibung    = farb- und geruchloses Gas<ref name="noaa">{{Internetquelle |url=https://cameochemicals.noaa.gov/chemical/3073 |titel=Chemical Datasheet: DEUTERIUM |werk=cameochemicals.noaa.gov |sprache=en |abruf=2023-12-11}}</ref>
| Molare Masse    = * 4,03 g·[[mol]]<sup>−1</sup> (Mol D–D)
* 2,01410175 [[Atomare Masseneinheit|u]] ([[Atommasse|D-Atom]])
| Aggregat        = gasförmig
| Dichte          = 0,1796 kg·m<sup>−3</sup><ref name="air">{{Internetquelle |url=https://encyclopedia.airliquide.com/deuterium#properties |titel=Deuterium |werk=Gas Encyclopedia |hrsg=Air Liquide |sprache=en fr |kommentar=bei 0º C und 1,013 bar|abruf=2023-12-11}}</ref>
| Schmelzpunkt    = −254,43 [[Grad Celsius|°C]]<ref name="www.roempp.com">{{RömppOnline|ID=RD-04-00793|Name=Deuterium|Abruf=2022-03-03}}</ref>
| Siedepunkt      = −249,58 °C<ref name="www.roempp.com"/>
| Dampfdruck      = 
| Löslichkeit     = 
| Quelle GHS-Kz   = <ref name="GESTIS">{{GESTIS|Name=Deuterium|ZVG=490958|CAS=7782-39-0|Abruf=2016-07-23}}</ref>
| GHS-Piktogramme = {{GHS-Piktogramme|02|04}}
| GHS-Signalwort  = Gefahr
| H               = {{H-Sätze|220|280}}
| EUH             = {{EUH-Sätze|-}}
| P               = {{P-Sätze|210|377|381|403}}
| Quelle P        = <ref name="GESTIS" />
}}

'''Deuterium''' (von {{grcS|δεύτερος}} ''deúteros'', „der Zweite“) ist ein natürliches [[Isotop]] des [[Wasserstoff]]s. Sein [[Atomkern]] wird auch [[Deuteron]] genannt, er besteht aus einem [[Proton]] und einem [[Neutron]]. Deuterium (<sup>2</sup>H) wird aufgrund seiner Masse auch als „schwerer Wasserstoff“ bezeichnet. Es wurde 1931 von den US-amerikanischen [[Chemiker]]n [[Harold C. Urey]] und [[Ferdinand Brickwedde]] sowie George Murphy entdeckt. Urey erhielt dafür 1934 den [[Nobelpreis für Chemie]].

Die beiden anderen natürlichen Isotope des Wasserstoffs sind [[Wasserstoff#Isotope|Protium]] (<sup>1</sup>H) und [[Tritium]]&nbsp;(<sup>3</sup>H). Aufgrund der großen Bedeutung der Isotope und weil die Massen sich stark unterscheiden, verwendet man für die Isotope Deuterium und Tritium auch eigene [[Elementsymbol#Spezielle Symbole|Symbole]]: D und&nbsp;T.

Der Name Deuterium stammt von [[Gilbert Newton Lewis]] (der Lehrer von Urey), der auch als erster schweren Wasserstoff herstellte.<ref>Derek Lowe, Das Chemiebuch, Librero 2017, S. 286</ref> Hinweise auf das Isotop gab es schon mit der Entwicklung der [[Massenspektrometrie]] in den 1920ern.

== Beschreibung ==
[[Datei:Hydrogen Deuterium Tritium Nuclei Schmatic-de.svg|miniatur|hochkant=1.2|links|[[Wasserstoff]] (Protium), '''Deuterium''', [[Tritium]]]]

=== Symbol ===
Das chemische Symbol ist <sup>2</sup>H; aus Gründen der Vereinfachung in der Formelschreibweise wird häufig auch „D“ verwendet.

=== Atomkern ===
{{Hauptartikel|Deuteron}}
Im Gegensatz zum <sup>1</sup>H-Wasserstoff, dessen Atomkern nur aus einem einzigen [[Proton]] besteht, enthält der Deuteriumkern außer diesem Proton ein [[Neutron]]. Er wird „Deuteron“ genannt.

=== Moleküle ===
Chemisch verbinden sich im einfachsten Fall zwei Deuterium-Atome zu einem Deuterium-Molekül. Dabei gibt es je nach Gesamtspin I<sub>G</sub> des Moleküls zwei Varianten, das Orthodeuterium (o-D<sub>2</sub>), wenn das Kernspinisomer den Gesamtspin 0 oder 2 besitzt, und das Paradeuterium (p-D<sub>2</sub>) im Falle I<sub>G</sub>&nbsp;=&nbsp;1.

In der Natur kommt es wegen seiner geringen Häufigkeit fast ausschließlich in Form des Moleküls HD vor.

=== Entstehung ===
Es wird davon ausgegangen, dass Deuterium allein in der [[Primordiale Nukleosynthese|primordialen Nukleosynthese]] unmittelbar nach dem [[Urknall]] entstanden ist, denn das bei der [[Nukleosynthese|stellaren Nukleosynthese]] gebildete Deuterium fusioniert nach kurzer Zeit weiter zu [[Helium]]. Deshalb ist die Häufigkeit des Deuteriums im Kosmos ein wichtiger Parameter für [[Kosmologie|kosmologische]] Modelle.

== Vorkommen ==
Die [[Isotopenverhältnis|natürliche Häufigkeit]] des Isotops Deuterium beträgt auf der Erde 0,016 %, genauer: {{ZahlExp|155,76|-6|suffix=±0,05}} ([[Stoffmengenanteil]]).<ref name="www.roempp.com"/><ref>{{Literatur |Autor=R. Hagemann, G. Nief, E. Roth |Datum=1970 |Titel=Absolute isotopic scale for deuterium analysis of natural waters. Absolute D/H ratio for SMOW 1 |Sammelwerk=Tellus |Band=22 |Nummer=6 |Seiten=712–715 |DOI=10.3402/tellusa.v22i6.10278}}</ref> Das auf der Erde vorkommende [[Wasser#Vorkommen auf der Erde|Wasser]] (1,4 Milliarden Kubikkilometer oder {{ZahlExp|1,4|18}}&nbsp;Tonnen) besteht zu rund einem Neuntel (2&thinsp;u von 18&thinsp;u) bzw. zu 11,19 % seiner Masse aus Wasserstoff (einschließlich Deuterium), daher enthält es 0,0035 % oder {{ZahlExp|5|13}}&nbsp;Tonnen Deuterium.

Im Wasserdampf der [[Venus (Planet)|Venusatmosphäre]] hat Deuterium einen Stoffmengenanteil von 1,6 %;<ref name="www.roempp.com" /> dieser relativ hohe Wert liegt daran, dass <sup>1</sup>H eher ins All entweicht. In Proben des Kometen [[Tschurjumow-Gerassimenko]] wurde ein <sup>2</sup>H/<sup>1</sup>H-Verhältnis von 0,053 % gemessen.<ref>{{Literatur |Autor=K. Altwegg, H. Balsiger, A. Bar-Nun, J. J. Berthelier, A. Bieler |Titel=67P/Churyumov-Gerasimenko, a Jupiter family comet with a high D/H ratio |Sammelwerk=Science |Band=347 |Nummer=6220 |Datum=2015-01-23 |DOI=10.1126/science.1261952 |Seiten=1261952 }}</ref>

== Gewinnung ==
Deuterium lässt sich aufgrund des großen relativen Massenunterschieds leichter [[Isotopentrennung|anreichern]] als die Isotope anderer Elemente wie [[Uran-Anreicherung|Uran]]. In den ersten Anreicherungsstufen kommt gewöhnlich der [[Girdler-Sulfid-Prozess]] zum Einsatz. Dabei wird ausgenutzt, dass in einer wässrigen [[Schwefelwasserstoff]]-Lösung die Wasserstoffatome und die Deuteriumatome ihre Plätze zwischen beiden Molekülarten tauschen: Bei niedrigen Temperaturen wandert das Deuterium bevorzugt in das Wassermolekül, bei hohen Temperaturen in das Schwefelwasserstoffmolekül. In der letzten Anreicherungsstufe wird das Gemisch aus H<sub>2</sub>O, HDO und [[Schweres Wasser|D<sub>2</sub>O]] durch [[Destillation]] getrennt.

Neben dem Girdler-Sulfid-Prozess kann Deuterium auch durch Destillation und Elektrolyse angereichert werden.

== Anwendungen ==
[[Datei:Deuterium discharge tube.jpg|mini|Deuterium in einer [[Entladungsröhre]]]]

Eingesetzt wird Deuterium als [[Moderator (Physik)|Moderator]] in [[Kernreaktor]]en (hier in Form von schwerem Wasser), als Bestandteil von [[Wasserstoffbombe]]n, als Ersatz für [[Wasserstoff#Isotope|Protium]] (gewöhnlichen Wasserstoff) in [[Lösungsmittel]]n für die <sup>1</sup>H-[[NMR-Spektroskopie]] und als [[Tracer (Nuklearmedizin)|Tracer]] in der Chemie und Biologie. Dort ist es ebenfalls in der NMR-Spektroskopie (insbesondere der [[Festkörper-NMR]]) ein wichtiges Isotopen-Label, um die Dynamik in organischen Substanzen zu detektieren und Strukturen aufzuklären. Ferner wird gasförmiges Deuterium in Speziallampen in Photometern eingesetzt, z.&nbsp;B. in der [[Atomspektroskopie]] als Quelle für UV-Licht.<ref>goehler-hplc.de: [https://www.goehler-hplc.de/uvlamps.phtml UV-Photometerlampen (Deuteriumlampen)], abgerufen am 27. Mai 2013.</ref>
Mögliche zukünftige [[Kernfusionsreaktor]]en könnten ebenfalls
Deuterium als „Brennstoff“ einsetzen.

== Schweres Wasser ==
{{Hauptartikel|Schweres Wasser}}
[[Datei:Deuterium oxide Norsk.jpg|mini|„Schweres Wasser“ von [[Norsk Hydro]]]]

[[Wasser]], das aus Deuterium- und Sauerstoffatomen zusammengesetzt ist (D<sub>2</sub>O), nennt man [[schweres Wasser]]. In Mischungen liegt durch den schnellen Austausch von Protonen und Deuteronen ([[Grotthuß-Mechanismus]]) statistisch auch halbschweres Wasser (HDO) vor.

Die Dichte von D<sub>2</sub>O beträgt 1,1047&nbsp;g·cm<sup>−3</sup> bei 25&nbsp;°C, der Schmelzpunkt liegt bei 3,8&nbsp;°C und der Siedepunkt bei 101,4&nbsp;°C. Das Dichtemaximum liegt bei 11,2&nbsp;°C (Wasser: 3,98&nbsp;°C). Diese Unterschiede der physikalischen Eigenschaften gegenüber Wasser bezeichnet man als [[Isotopeneffekt]]. Er ist unter allen Nukliden zwischen <sup>1</sup>H und <sup>2</sup>H am stärksten ausgeprägt.

Schweres Wasser verlangsamt oder unterbindet viele Stoffwechselvorgänge, weswegen die meisten Lebewesen bei sehr hohem Deuteriumgehalt nur noch eingeschränkt lebensfähig sind.
* Schweres Wasser besitzt eine verminderte Lösefähigkeit im Vergleich zu normalem Wasser.
* Deuteronen haben ein geringeres [[Tunneleffekt|Tunnelvermögen]] als Protonen und erschweren daher in biologischen Systemen die Aufrechterhaltung der [[Elektrochemischer Gradient|elektrochemischen Gradienten]] an [[Mitochondrium|mitochondrialen]] Membranen. Diese sind aber ausschlaggebend für die Synthese von [[Adenosintriphosphat|ATP]].
* Die Funktionsfähigkeit der meisten [[Protein]]e hängt von der Beweglichkeit der umgebenden Wassermoleküle ab. Da Deuteronen wegen der größeren Masse träger sind, können die Proteine ihre Aufgaben nur schlechter oder überhaupt nicht mehr erfüllen.

Laut einem kurzen Beitrag von Urey und Failla von 1935 sollte sich der Geschmack von schwerem Wasser von dem destillierten „normalen“ Wassers nicht unterscheiden.<ref>H. C. Urey, G. Failla: ''[https://science.sciencemag.org/content/81/2098/273.2 Concerning the Taste of Heavy Water.]'' In: ''Science'' Bd. 81, Nr. 2098, S. 273, {{Doi|10.1126/science.81.2098.273-a}}.</ref> Neuere Experimente konnten jedoch zeigen, dass schweres Wasser für Menschen einen süßlichen Geschmack hat.<ref>[https://www.sciencealert.com/there-s-one-kind-of-water-that-doesn-t-taste-like-water-scientists-confirm ''Human Taste Buds Can Tell The Difference Between Normal And 'Heavy' Water''], Beitrag von Peter Dockrill vom 11. April 2021 auf ''Science Alert'', abgerufen am 11. April 2021.</ref>

== Sicherheitshinweise ==
Deuterium ist im Anhang VI der [[Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP)]] nicht aufgeführt, ist aber in dieser Beziehung wie Wasserstoff zu betrachten, da sich alle Isotope eines Elements bezüglich ihres chemischen Verhaltens und ihrer Gefährlichkeit sehr ähnlich sind.

== Siehe auch ==
* [[Deuteron]] – Atomkern des Deuteriums

== Weblinks ==
[[Kategorie:Wikipedia.de Artikel]]
{{Wiktionary|Deuterium}}
{{Commonscat|Deuterium}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Nuklid|H-2]]
[[Kategorie:Kernfusion]]
[[Kategorie:Kernbrennstoff]]
[[Kategorie:Wasserstoff]]