화합물 사전 - 듀테륨(Deuterium)
Teledyne hastings 사의 Mass Flow Meter / Controller 를 이용해 가스 유량을 측정할 수 있는
가스 화합물의 종류에 대해 알아보는 시간입니다.
이번 시간에는 화학식 D(2H) 인 듀테륨에 대해 알아보도록 하겠습니다.
화합물 설명
듀테륨은 양성자 1개와 중성자 1개로 구성된 질량수가 2인 수소의 동위원소 입니다.
상온에서 무색 무취의 기체이며, 녹는점
원자번호는 수소와 함께 1을 사용하며, 수소의 또 다른 동위원소인 트리듐(Tritium)과 함께
무거운 수소라는 뜻의 중수소(Heavy Hydrogen)라고 총칭됩니다.
일반적으로 보통의 수소를 H 라고 표기하는 것과 비교해 듀테륨은 D 또는 2H 라고 표기합니다.
화합물의 분자에 결합되어 있는 수소가 중수소로 바뀌면 분자의 물리적인 성질이 달라지게 됩니다.
예를 들어 일반적인 수소로 생성된 물인 H2O의 어는점과 끓는점이 0℃와 100℃ 인데 반해
중수소로 생성된 중수(Heavy Water - D2O)는 3.82℃와 101.4℃로 조금씩 더 높은데,
그 이유는 중수인 D2O의 분자량(20.0276 g/mol)이 일반 물인 H2O의 분자량(18.01528 g/mol) 보다
약 11% 정도 더 많기 때문입니다.
다중 동위원소의 존재는 1913년 영국의 물리학자 JJ 톰슨(Judith Jarvis Thomson)가
양이온의 조성에 대한 탐구 중 다중 동위원소에 대한 증거를 발견하며 알려지게 되었으며,
그 후 1920년에는 질량 분광법에 의해 입증되었습니다.
듀테륨은 미국의 화학자 유레이(Harold Clayton Urey)가 1931년에 분광기를 이용해
수소의 스펙트럼을 분석하는 도중 발견했고, 그는 1934년에 그리스어에서 따온
Protium(Hydrogen-1H), Deuterium(2H), Tritium(3H) 등의 이름을 발표했습니다.
여기서 Protium 은 우리가 일반적으로 수소라고 불리는 Hydrogen 이지만,
같은 수소인 듀테륨, 트리튬과 비교하기 위해 만들어진 이름입니다.
자연상태에 존재하는 수소는 프로튬이 99.984%, 듀테륨이 0.0156%,
방사성 동위 원소인 트리튬이 0.0000000017%를 차지하고 있습니다.
듀테륨은 산업적, 과학적, 군사적 목적으로 생산되며 대량 생산에는
중수(D2O)에 금속 나트륨을 반응시켜 전기분해 하는 경우가 많고
프로튬에 원심분리기 또는 온도확산과 같은 방법을 이용해서 만들 수도 있습니다.
듀테륨은 주로 원자로에 많이 사용되는데, 일반 물(H2O) 대신 중수(D2O)를 이용하면
중성자 흡수율이 높은 프로튬 대신 중성자 흡수율이 낮은 듀테륨이
중성자의 속도를 줄일 수 있기 때문입니다.
연구용 원자로에서 액체상태의 D2는 중성자를 매우 낮은 에너지와 파장의 상태로 만들어
산란 실험에 적절한 상태로 만들어줄 수 있습니다.
듀테륨은 트리튬과 같은 방사성물질이 아니기 때문에 방사능의 문제는 없으며,
듀테륨이 포함된 중수(Heavy Water)를 마셔도 큰 문제가 발생하지는 않습니다.
몸무게가 75kg 인 사람의 몸에는 약 50kg 의 물이 있으며, 이 물 중 10g 정도는 중수 입니다.
하지만 중수는 거의 모든 생물의 생체 리듬을 느리게 만들고, 동물 체내의 물 중 중수의 비율이
25%가 되면 불임이 되고, 50% 정도 되면 일주일밖에 살지 못하게 됩니다.
그리고 중수의 비율이 90% 이상 되는 물에서는 물고기가 곧바로 죽습니다.
영어 이름 : Deuterium
다른 이름 : Hydrogen-2
한글 이름 : 듀테륨(중수소)
화학식 : D(2H)
원자 질량 : 2.014 101 7926 u
밀도 : 0.1666 g/L (21.1℃, 760 Torr 기준)
녹는점 : -254.5℃
끓는점 : -249.4℃
Wetted Material
가스 화합물의 종류에 따라 Mass Flow Meter / Controller 의 가스 접촉부 재료가 달라져야 하기 때문에
유량 측정을 위한 MFC 를 선택하기 전, 항상 가스 혼합물에 대한 Wetted Material 을 참고해야 합니다.
매우 만족(Excellent)
316 Stainless, Steele, Aluminum, Brass, Monel, Buna-N, Viton, Kalrez, Zytel(Nyl6.6)
좋음(Good, Most Conditions)
없음
좋지 않음(Fair, Limited Life, Restricted Conditions)
없음
만족스럽지 않음(Unsatisfactory)
없음
사용 불가(Unserviceability)
Constantan, Sn/Pb, Indium, ChemRaz(505), Nickel, Nylon, Delrin, TFE, Polyethylene, Neoprene
Teledyne Hastings 사의
Mass Flow Meter / Controller 는
다양한 종류의 가스 유량 측정이 가능하며,
각각의 가스에 맞는 Wetted Material 을 사용하여
높은 정확도의 유량 측정이 가능합니다.
가스 혼합물 및 사용 가능한 Wetted Material,
그리고 Mass Flow Meter / Controller 에 대한 문의는 아래의 링크를 참고하시기 바랍니다.
참고
위키피디아 : https://en.wikipedia.org/wiki/Deuterium
https://en.wikipedia.org/wiki/Harold_Urey
https://en.wikipedia.org/wiki/Isotope
지식백과 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1085381&cid=40942&categoryId=32251 http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3537278&cid=58577&categoryId=58577
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2282125&cid=42419&categoryId=42419
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=609632&cid=42420&categoryId=42420