Deutérium

Le deutérium est un isotope naturel de l'hydrogène. Son noyau atomique possède un proton et un neutron, d'où un nombre de masse égal à 2.


Catégories :

Isotope - Matériau nucléaire - Matériau - Fusion nucléaire

Définitions :

  • (Chimie) Isotope stable de l'hydrogène dont le noyau contient un proton et un neutron. Le symbole chimique est D, la notation isotopique H (source : fr.wiktionary)
Hydrogène-2
Hydrogen-2.png
Général
Nom, Symbole deutérium, 2H
Neutrons 1
Protons 1
Données Physiques
Présence naturelle 0, 015 %
Demi-vie Stable
Produit de désintégration Aucun
Masse atomique
Spin 1+
13135, 7196 ± 0, 001 keV
Énergie de liaison 2224, 573 ± 0, 002 keV
Désintégration Énergie (MeV)

Le deutérium (symbole 2H ou D) est un isotope naturel de l'hydrogène. Son noyau atomique possède un proton et un neutron, d'où un nombre de masse égal à 2. Le deutérium a été découvert en 1931 par Harold Clayton Urey, un chimiste de l'université Columbia, découverte qui lui valut le prix Nobel de chimie en 1934.

Différences entre protium et deutérium

Symbole chimique

L'UICPA recommande de représenter le deutérium par le symbole 2H pour préserver l'homogénéité de ses appellations, mais tolère le symbole D, qui est beaucoup utilisé. La raison de cette tolérance serait à chercher dans le fait que, de l'ensemble des éléments chimiques, l'hydrogène est celui pour lequel les isotopes ont des différences de masse relatives les plus élevées, ce qui n'est pas sans conséquences sur leurs propriétés physicochimiques respectives : la masse atomique du protium 1H est de 1, 00782503214 u tandis que celle du deutérium 2H est de 2, 01410177799 u[1].

Abondance naturelle

Le deutérium existe naturellement à l'état de traces (typiquement 0, 015 % comparé au protium), peut-être sous forme de dideutérium D2, mais sa forme la plus fréquente dans l'univers est de loin le deutérure d'hydrogène HD, dans lequel un atome de deutérium est lié à un atome de protium[2].

La présence de deutérium sur Terre, dans le reste du système solaire et dans le spectre des étoiles, est une donnée importante de la cosmologie physique, car les noyaux 2H ne peuvent s'être constitués aux abondances observées que lors de la nucléosynthèse essentielle[3]. La présence d'une fraction, faible mais constante, de deutérium partout où on trouve de l'hydrogène, est un argument en faveur de la théorie du Big Bang comparé à la théorie de l'état stationnaire : on pense que l'abondance relative du deutérium comparé à l'hydrogène est demeurée principalement constante depuis la nucléosynthèse essentielle, il y a 13, 7 milliards d'années[4].

Le principal «producteur» de deutérium (par enrichissement ou concentration de deutérium utilisé dans l'eau lourde comme absorbeur de neutrons dans certains types de réacteurs nucléaires) était le Canada jusqu'en 1997, date de la fermeture de sa dernière usine ; depuis, l'Inde aurait pris le relais, aussi dans le cadre de son industrie nucléaire.

Propriétés physicochimiques et effets physiologiques

Comparé au protium, le deutérium se montre un peu plus visqueux[5] et , du point de vue chimique, présente un effet isotopique significatif : il est légèrement moins réactif que le protium, et forme des liaisons (liaison covalente et liaison hydrogène) un peu plus fortes. Absorber de l'eau lourde plutôt que de l'eau naturelle n'est pas sans conséquences sur l'organisme, des expériences sur des animaux de laboratoire indiquant que les effets les plus notables se manifestent en premier au niveau des cellules à division rapide, en affectant les mitoses et accélérant ainsi la dégradation des tissus (cf. l'article «eau lourde»).

Des problèmes digestifs commencent à surgir chez les animaux avec un taux de remplacement physiologique de l'ordre de 25 %, mais aussi des problèmes de stérilité dus au fait que les méioses sont bloquées tout autant que les mitoses. On a observé que, dans ces conditions, les plantes cessent de croître et que les graines cessent de germer. A un taux de deutération voisin de 50 %, les eucaryotes sont atteints de lésions létales (chez les animaux, défaillances graves au niveau de l'intestin et des os, surtout) alors que les procaryotes survivent dans l'eau lourde pure, affectés semble-t-il simplement par une croissance ralentie[6].

Caractéristiques

Applications

L'eau lourde peut être concentrée par l'homme, et sert essentiellement de modérateur des neutrons dans les réacteurs nucléaires de type Canadien (réacteurs type Candu) ou Argentin (deux PHWR de conception Siemens).

Le deutérium est et sera aussi utilisé dans les futurs réacteurs à fusion nucléaire contrôlée, car il représente un des deux principaux éléments du combustible de la fusion, l'autre étant le tritium. La détention de deutérium est donc une matière nucléaire réglementée (Article R1333-1 du code de la défense).

Article détaillé : Contrôle des matières nucléaires.

Dans la culture populaire

Notes et références

  1. G. Audi, A. H. Wapstra., «The 1995 update to the atomic mass evaluation», dans Nuclear Physics A, vol.  595, 1995, p.  409-480 
  2. IUPAC Commission on Nomenclature of Inorganic Chemistry, «Names for Muonium and Hydrogen Atoms and their Ions», dans Pure and Applied Chemistry, vol.  73, 2001, p.  377–380 [pdf]texte intégral, lien DOI ] 
  3. Le deutérium peut aussi être constitué par des radioactivités exotiques, intermédiaires entre la radioactivité α et la fission spontanée, et qu'on nomme la radioactivité de clusters.
  4. Lawrence M. Krauss & Robert J. Scherrer «The End of Cosmology?» - Scientific American, mars 2008
  5. (en) David R. Lide., , CRC Handbook of Chemistry and Physics, Internet Version 2005, 2005 
  6. D. J. Kushner, Alison Baker, and T. G. Dunstall, «Pharmacological uses and perspectives of heavy water and deuterated compounds», dans Can. J. Physiol. Pharmacol. , vol.  77, no 2, 1999, p.  79–88 lien PMID, lien DOI ] 

Voir aussi

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