deuterio

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Isotopo dell’idrogeno ordinario, rispetto al quale ha massa atomica doppia (il nucleo del suo atomo è costituito da un protone e da un neutrone, quello dell’atomo di idrogeno solo da un protone). Detto anche idrogeno pesante, si rappresenta con il simbolo D oppure ²H. Scoperto (C.H. Urey, F.G. Brickwedde, G.M. Murphy ed E.W. Washburn) per via spettroscopica nel 1931, è un gas di peso atomico doppio di quello dell’idrogeno, 2,0147, ed è presente in esso nel rapporto di circa 1:6000. Al diverso peso dei due isotopi corrispondono differenti proprietà fisiche (v. tab.). Le reazioni chimiche che presentano sono sostanzialmente le stesse, però esse avvengono a diversa velocità (per es., una miscela H₂ + Cl₂ a 0°C forma acido cloridrico con velocità circa 13 volte maggiore di quella relativa alla miscela D₂ + Cl₂, a parità di condizioni operative). Ottimo moderatore di neutroni sia per la sua limitata capacità di assorbirne sia per la sua buona capacità di rallentarli, il d. si usa inoltre nella sintesi di composti organici preparati a scopo di studio (in particolare l’ossido di d., detto anche acqua pesante); allo stato liquido è usato come bersaglio per lo studio delle collisioni di particelle elementari contro neutroni.

I composti deuterati sono composti nei quali uno o più atomi di idrogeno sono stati sostituiti con altrettanti di d., quali: la deuteroammoniaca, ND₃; l’acido deuterosolforico, HDSO₄ o D₂SO₄ ecc.; tali composti si ottengono di solito tramite trattamento con d. gassoso a temperatura piuttosto elevata e in presenza di catalizzatori, dei composti contenenti l’idrogeno ordinario o anche attraverso reazioni di addizione, di scambio, di sostituzione e di riduzione. La presenza del d. al posto dell’idrogeno altera le proprietà chimico fisiche del composto: così l’ammoniaca (NH₃) fonde a −77,8 °C e bolle a −33,25 °C, la deuteroammoniaca fonde a −74 °C e bolle a −30,7 °C; l’acqua, H₂O, a 20 °C ha una densità di 0,9982 g/cm₃, quella contenente deuterio (o acqua pesante), D₂O, ha densità 1,1056 g/cm³. Anche altre proprietà (per es. quelle biologiche) possono variare; così l’acqua pesante può riuscire tossica per alcuni organismi. I composti deuterati trovano importanti applicazioni come mezzo d’indagine della struttura delle molecole organiche (variazione degli spettri infrarossi, degli spettri Raman ecc. per le diversità delle frequenze di vibrazione dovute all’aumento di massa) o come traccianti per identificare il meccanismo di reazioni chimiche o di processi biochimici.