Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ : 29 Δεκεμβρίου

Ο Harold Clayton Urey ανακάλυψε το βαρύ ύδωρ σαν σήμερα το 1931

 "Βαρύ νερό" από την Norsk Hydro

Ο αμερικανός φυσικό-χημικός βρήκε ότι το βαρύ ύδωρ είναι πολύ εμπλουτισμένο με το ισότοπο υδρογόνου (²Η) που ονομάζεται δευτέριο. Χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές όπως ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός, η επιβράδυνση των νετρονίων στα πυρηνικά εργοστάσια και στην οργανική χημεία.

Ο Harold Clayton Urey (29 Απριλίου 1893 - 5 Ιανουαρίου 1981) ήταν Αμερικανός φυσικός χημικός, του οποίου η πρωτοποριακή εργασία στα ισότοπα του έδωσε το Βραβείο Νόμπελ Χημείας το 1934 για την ανακάλυψη του δευτερίου . Έχει διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη της ατομικής βόμβας , καθώς και συμβάλλει σε θεωρίες για την ανάπτυξη της βιολογικής ζωής από τη μη ζωντανή ύλη με το περίφημο πείραμα Μίλερ-Ούρεϊ.

Το 1929, ο Urey έγινε αναπληρωτής καθηγητής Χημείας στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια. Εκείνη την εποχή ανακαλύφθηκαν τα σταθερά ισότοπα του οξυγόνου, με ατομικές μάζες 17 και 18, πράγμα που δεν ήταν καλά κατανοητό καθώς ο James Chadwick δεν θα ανακάλυπτε το νετρόνιο μέχρι το 1932. Αλλά τροποποιείται το ατομικό βάρος του οξυγόνου από 16,000 σε 16,0035 και το ατομικό βάρος του οξυγόνου εκείνη την εποχή ήταν η βάση για τον υπολογισμό των ατομικών βαρών των άλλων στοιχείων. Συμπαρασύρει λοιπόν και την τιμή για το ατομικό βάρος του υδρογόνου που για να εξηγηθεί αναγκάζονται να υποθέσουν ότι υπάρχει μια άλλη μορφή υδρογόνου, το βαρύ υδρογόνο με ατομική μάζα ίση με 2, και μάλιστα προέβλεπαν ότι η αναλογία είναι μόνο ένα άτομο υδρογόνου στα 4.500 θα είναι από το βαρύ ισότοπο.

Το 1931, ο Urey ξεκίνησε να το βρει. Οι Urey και George Murphy υπολόγισαν για τις φασματικές γραμμές της σειρά Balmer ότι το βαρύ ισότοπο θα πρέπει να έχει γραμμές που έχουν μετατοπιστεί από 1.1 έως 1.8 ångströms. Ο Urey είχε πρόσβαση σε ένα φασματόμετρο πλέγματος με πλάτος οθόνης 6,4 m, μια ευαίσθητη συσκευή που είχε εγκατασταθεί πρόσφατα στο Κολούμπια και ήταν σε θέση να αναλύσει τη σειρά Balmer. Είχε ανάλυση 1 Å ανά χιλιοστό, έτσι σε αυτό το μηχάνημα, η διαφορά ήταν περίπου 1 χιλιοστό. Ωστόσο, δεδομένου ότι μόνο ένα άτομο στα 4.500 ήταν βαρύ υδρογόνο, η γραμμή στον φασματογράφο ήταν πολύ εξασθενημένη. Ως εκ τούτου, ο Urey αποφάσισε να καθυστερήσει τη δημοσίευση των αποτελεσμάτων του έως ότου είχε πιο συγκεκριμένες ενδείξεις ότι ήταν βαρύ υδρογόνο.

Οι Urey και Murphy υπολογίζουν από το μοντέλο Debye ότι το βαρύ ισότοπο θα έχει ελαφρώς υψηλότερο σημείο βρασμού από το ελαφρύ. Με προσεκτική θέρμανση υγρού υδρογόνου, 5 λίτρα υγρού υδρογόνου θα μπορούσαν να αποσταχθούν μέχρι να μείνει 1 mL (χιλιοστόλιτρο), το οποίο θα ήταν εμπλουτισμένο στο βαρύ ισότοπο κατά 100 έως 200 φορές. Για να αποκτήσουν πέντε λίτρα υγρού υδρογόνου, ταξίδεψαν στο εργαστήριο κρυογενετικής στο Εθνικό Γραφείο Προτύπων στην Ουάσιγκτον, όπου έλαβαν τη βοήθεια του Ferdinand Brickwedde, τον οποίο είχε γνωρίσει ο Urey στο  Johns Hopkins University, πριν πάει στο Κολούμπια.

Το πρώτο δείγμα που έστειλε ο Brickwedde εξατμίστηκε στους 20 °Κ (-253,2 °C) υπό πίεση 1 atm. Προς έκπληξή τους, αυτό δεν έδειξε κανένα στοιχείο εμπλουτισμού. O Brickwedde έπειτα έδωσε ένα δεύτερο δείγμα που εξατμίστηκε στoυς 14 °Κ (-259,1 °C) υπό πίεση 53 mmHg. Σε αυτό το δείγμα, οι γραμμές Balmer για βαρύ υδρογόνο ήταν επτά φορές πιο έντονες. Το άρθρο που ανακοινώνει την ανακάλυψη αυτού που ονομάζουμε τώρα δευτέριο εκδόθηκε από κοινού από τους Urey, Murphy και Brickwedde την 1 Ιανουαρίου του 1932. Ο Urey τιμήθηκε με το Βραβείο Νόμπελ Χημείας το 1934 "για την ανακάλυψη του βαρέος υδρογόνου" αλλά δεν παρευρέθηκε στην τελετή στη Στοκχόλμη, ώστε να μπορεί να παρευρίσκεται στη γέννηση της κόρης του Mary Alice.

Ο Francis William Aston ανέφερε ότι η υπολογισθείσα τιμή για το ατομικό βάρος του υδρογόνου ήταν λανθασμένη, που σημαίνει ότι ο αρχικός συλλογισμός ήταν άκυρος. Ωστόσο, η ανακάλυψη του δευτερίου είχε γίνει.

Οι Urey και Washburn προσπάθησαν να χρησιμοποιήσουν την ηλεκτρόλυση για να δημιουργήσουν καθαρό βαρύ νερό . Η τεχνική τους ήταν καλή, αλλά νικήθηκαν το 1933 από τον Lewis, ο οποίος είχε στη διάθεσή του τους πόρους του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας.

Από τη: Royal Society of Chemistry (RSC) και την American Chemical Society
Εικόνα: By Alchemist-hp (talk) (www.pse-mendelejew.de) - Own work, FAL, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10728317

Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ :  29 Δεκεμβρίου

Η προηγούμενη μέρα                      Όλος ο Χειμώνας                      Η επόμενη μέρα