Дейтерий состоит из двух протонов и электрона

Дейтерий тяжёлый водород, обозначается символами D и 2H — стабильный изотоп водорода с атомной массой, равной 2. Ядро (дейтрон) состоит из одного протона и одного нейтрона.

Соединения изотопов водорода практически не различаются по химическим свойствам, но обладают довольно различными физическими свойствами (температура плавления, кипения, вес). Молекула D2, состоит из двух атомов дейтерия. Вещество имеет следующие физические свойства:

Температура плавления −254,5 °C

Температура кипения −249,5 °C

Содержание дейтерия в природном водороде — 0,0011-0,0016 ат.% [4].

По своим химическим свойствам соединения дейтерия имеют определенные особенности. Так, например, углерод-дейтериевые связи оказываются более «прочными», чем углерод-протиевые, из-за чего химические реакции с участием атомов дейтерия идут в несколько раз медленнее. Этим, в частности, обусловлена токсичность тяжёлой воды (вода состава D2O называется тяжёлой водой из-за большой разницы в массе протия и дейтерия).

Общие сведения

Название, символ

Дейтерий, 2H

Альтернативные названия

тяжёлый водород, D

Нейтронов

1

Протонов

1

Свойства нуклида

Атомная масса

2,0141017778(4) а. е. м.

Избыток массы

13 135,7216(3) кэВ

Удельная энергия связи (на нуклон)

1 112,283(0) кэВ

Изотопная распространённость

0,0115(70) %

Период полураспада

стабильный

Спин и чётность ядра

1+

Общепринятая модель атома дейтерия

Ядро (дейтерия) состоит из одного протона и одного нейтрона, удерживаемых сильным взаимодействием.

Электромагнитная модель атома дейтерия

Ядро дейтерия состоит из одного электрона и двух протонов, сильное взаимодействие отсутствует. 

Два протона в отталкиваются друг от друга, но находящейся в середине электрон притягивает обратно пропорционально квадрату расстояний. Поскольку электрон представляет собой отрицательно заряженную энергию, то протоны могут попадать внутрь электрона, вследствие чего наступает равновесие.

Строение ядра дейтерия

Ядро дейтерия в соответствии с электромагнитной теорией (по классической теории  – ядро состоит из нейтрона и протона) состоит из двух протонов и одного электрона, дополнительную устойчивость ядру придает гравитационное взаимодействие. Масса протона больше массы электрона примерно в 1800 раз, поэтому в ядрах может наблюдаться избыток протонов, а избытка электронов быть не может, соответственно не может быть отрицательно заряженных ядер. Протоны и электрон имеют спин, отличный от нуля и соответственно вращаются вокруг своей оси, создавая магнитное поле. Электрон находиться между двумя протонами, при этом расстояние между электроном и протонами в два раза меньше, чем расстояние между протонами. Кулоновские силы обратно пропорциональны квадрату расстояния, соответственно кулон притянет два протона, так, что их оболочки начнут соприкасаться (вплоть до проникновения друг в друга). Но поскольку все частицы вращаются вокруг собственной оси (спин), они создают магнитное поле, и соответственно имеют полюса.

Строение атома дейтерия

Поскольку в ядре дейтерия нет места для второго электрона, то он находиться на внешней орбите, соответственно дейтерий одновалентен. 

Масса элементарных частиц, из которых состоит ядро дейтерия: 

Элементарные частицы

Единица измерения

Значение

1

Количество протонов

шт.

2

2

Масса протона

кг

1,67262178E-27

3

Масса протонов

кг

3,34524355E-27

4

Количество электронов

шт.

1

5

Масса свободного электрона

кг

9,10938291E-31

6

Масса электронов

кг

9,10938291E-31

7

Масса электронов + протонов

кг

3,34615449E-27

Дефицит массы в ядре дейтерия (энергия связи): 

Наименование

Единица измерения

Значение

1

Масса дейтерия

а.е.м.

2,014101778

2

Атомная единица массы

кг

1,66053886E-27

3

Масса дейтерия

кг

3,34449E-27

4

Дефицит массы

кг

1,66022024E-30

5

Скорость света

 м / с

2,99792458E+08

6

Энергия связи дейтерия

дж

1,49213154E-13

 Изменение кулоновского потенциала в ядре дейтерия

Изменение кулоновского потенциала при приближении протонов из бесконечности к электрону на расстояние равное классическому радиусу (допущение - точечные заряды, в реальности плотность заряда обратно пропорционально квадрату расстояния от центра: 

 

Классический радиус электрона

 

2,81793800E-15

       

Наименование

Единица измерения

Значение

1

Заряд протона

Кл

1,60218920E-19

2

Коэффициент k

Н·м2/Кл2

8,98755179E+09

3

Сила без учета расстояния квадрата расстояния

н

2,30711374E-28

4

Радиус электрона

м

2,81793800E-15

5

Потенциальная энергия между протонами

дж

8,18724096E-14

6

Потенциальная энергия между протоном и электроном

дж

1,63744819E-13

7

Суммарное изменеие потенциалов

дж

2,45617229E-13

Приведенные расчеты существенно упрощены и их в состоянии выполнить любой старшеклассник.