Дейтерий, что это? И почему он «светится»?⁠⁠

Дейтерий - это тяжелый изотоп водорода, который соответственно имеет более сложно устроенное ядро по сравнению с водородом (протием), состоящее из протона и нейтрона. Соответственно атомная масса дейтерия вдвое больше – 2,0141. Принятое обозначение – 2H1 или D. Эта изотопная форма также стабильна, так как в процессах сильного взаимодействия в ядре протон и нейтрон постоянно превращаются друг в друга, и последний не успевает претерпеть распад.

Также как и протий, дейтерий это газ, который состоит из миллиардов и миллиардов атомов. Каждый атом дейтерия имеет на орбите вокруг ядра электрон. Когда мы включаем катушку Теслы в сеть, ампулка оказывается в электромагнитном поле катушки, электроны начинают перескакивать с атома на атом, как им и положено при прохождении тока. Атомы дейтерия возбуждаются при столкновении с электронами так же, как человек, которого грубо толкнули в толпе. Электроны в атоме дейтерия не склонны к бродяжничеству, поэтому после возбуждения атом успокаивается и электрон возвращается на свое место. В результате атом испускает фотон света. Энергия этих фотонов лежит в розовато-красной части спектра видимого света, поэтому мы и наблюдаем такой цвет свечения дейтерия!

Кстати, во время свечения это уже не газ, а так называемая холодная плазма, четвёртое агрегатное состояние. Плазма характеризуется частичным или полным срывом электронов с их атомных орбит, при этом сами свободные электроны остаются внутри вещества. Таким образом, плазма, будучи ионизированной, в целом остаётся электрически нейтральной, поскольку число положительных и отрицательных зарядов в ней остаётся равным. Для ионизации дейтерия нам приходится использовать довольно мощную катушку Теслы, так как дейтерий довольно слабо ионизируется, например, по сравнению с неоном и даже протием.

На Земле водород содержит от 0,011% до 0,016% дейтерия. Концентрация его различна в зависимости от среды: в морской воде этого изотопа больше, а в составе, например, природного газа – существенно меньше.

Вода, в молекулах которой, дейтерий полностью заменяет лёгкий водород, называется тяжелой водой D2O. Такая вода характеризуется замедленным течением химических реакций, вследствие чего в больших концентрациях она вредна для живых организмов, особенно высших, таких как млекопитающие и в том числе человек. Если в составе воды четверть водорода замещена дейтерием, длительное употребление ее чревато развитием бесплодия, анемии и других заболеваний. При замещении 50% водорода млекопитающие погибают через неделю употребления такой воды. Что касается кратковременных повышений концентрации тяжелого водорода в воде, она практически безвредна.

Содержание дейтерия в природной воде в 1,03 раза больше, чем в паре (это коэффициент разделения для данной смеси). Поэтому если после кипячения не всю воду выливать, а подливать к остатку природной воды и снова кипятить, то в воде чайника постепенно будет происходить накопление тяжелой воды. Однако очень медленное, поэтому даже при большом количестве повторений этого процесса содержание тяжелой воды не станет опасным для здоровья, вопреки предположению В. В. Похлебкина в книге «Чай. Его типы, свойства, употребление», вышедшей в 1968 году. Академик Игорь Васильевич Петрянов-Соколов как-то подсчитал, сколько воды должно испариться из чайника, чтобы в остатке заметно повысилось содержание дейтерия. Оказалось, что для получения 1 литра воды, в которой концентрация дейтерия равна 0,15 %, то есть всего в 10 раз превышает природную, в чайник надо долить в общей сложности 2,1⋅10 в 30 степени тонн воды, что в 300 млн раз превышает массу Земли.