Deuterium

Lambang kimia, keberadaan, dan sifat

Sebagai sebuah isotop hidrogen, lambang kimia yang disetujui untuk deuterium adalah ²H. Meskipun demikian, lambang tidak resmi, D, sering juga digunakan. Perbedaan signifikan pada berat atom relatif dibandingkan dengan protium murni (¹H) mungkin adalah alasan mengapa lambang D, yang mirip lambang sebuah unsur, digunakan. Berat atom dari deuterium adalah 2,014 amu, sementara berat rata-rata hidrogen sebesar 1,007947 amu, dan protium 1,007825 amu. Pada unsur-unsur kimia yang lain, rasio berat isotop sangat tidak signifikan, yang menjelaskan mengapa tidak ada simbol isotop yang unik digunakan di tempat lain.
Secara alami, deuterium ditemukan dalam jumlah kecil sebagai gas deuterium, ditulis ²H₂ atau D₂, tetapi kebanyakan keberadaanya secara alami di alam semesta terikat dengan atom ¹H membentuk gas yang disebut hidrogen deuterida (HD atau ¹H²H).
Deuteron memiliki spin +1, sehingga merupakan sebuah boson. Frekuensi resonansi magnetik nuklir (NMR = Nuclear Magnetic Resonance) dari deuterium berbeda secara signifikan dari hidrogen ringan yang biasa. Spektroskopi inframerah juga dengan mudah dapat membedakan banyak senyawa yang bersifat deuterium, karena perbedaan besar dalam frekuensi serapan inframerah dapat terlihat dalam vibrasi sebuah ikatan kimia yang mengandung deuterium, dibandingkan dengan yang mengandung hidrogen ringan. Kedua isotop stabil hidrogen tersebut juga bisa dibedakan dengan memakai spektrometri massa.
Sifat-sifat fisik senyawa-senyawa deuterium dapat berbeda dari senyawa-senyawa hidrogen yang analog dengannya; sebagai contoh, D₂O lebih kental daripada H₂O.
Secara kimia, kelakuan deuterium sama dengan hidrogen biasa, tetapi ada perbedaan dalam energi ikat dan panjang senyawa isotop-isotop hidrogen berat yang lebih besar daripada perbedaan isotopik di unsur mana pun. Ikatan yang melibatkan deuterium dan tritium sedikit lebih kuat daripada ikatan serupa pada hidrogen ringan, dan perbedaan ini cukup untuk membuat perubahan signifikan di dalam reaksi-reaksi biologis (lihat air berat).
Deuterium dapat menggantikan hidrogen normal dalam molekul air untuk membentuk air berat, yang 10,6% lebih padat daripada air biasa (es yang terbuat darinya akan tenggelam di air biasa). Air berat cukup beracun bagi organisme eukariota, di mana penggantian 25% air di dalam tubuh dengan air berat dapat menyebabkan masalah pembelahan sel dan kemandulan, 50% penggantian menyebabkan kematian yang disebabkan oleh sindrom sitotoksik (kegagalan sumsum tulang dan pelapisan gastrointestinal). Organisme prokariota masih mampu untuk bertahan dalam air berat murni (meskipun dengan pertumbuhan yang lambat). Konsumsi air berat bukan merupakan ancaman bagi manusia kecuali dalam jumlah yang sangat besar (melebihi 10 liter). Dosis kecil air berat (beberapa gram adalah jumlah yang sebanding dengan yang ada di dalam tubuh) secara rutin digunakan sebagai pelacak metabolis yang tak berbahaya bagi manusia dan binatang.
Keberadaan deuterium di Bumi, di Tata Surya (sebagaimana yang telah dikonfirmasi oleh wahana-wahana keplanetan), dan pada spektrum bintang, adalah sebuah fakta penting di dalam kosmologi. Reaksi fusi nuklir dalam bintang yang menghancurkan deuterium, dan tidak ada proses alami penciptaan deuterium yang diketahui selain nukleosintesis Big Bang, yang bisa jadi telah memproduksi deuterium dalam kelimpahan yang teramati saat ini. Kelimpahan ini tampak sebagai fraksi hidrogen yang tidak berubah banyak dimanapun hidrogen ditemukan. Jadi, keberadaan deuterium adalah salah satu argumen yang mendukung teori Big Bang.
Kanada adalah negara terdepan dalam pengayaan deuterium dalam bentuk air berat. Kanada menggunakan air berat sebagai moderator netron untuk operasi reaktor model reaktor CANDU.