Ciężka woda
Z Wikipedii
| Parametr | D2O | H2O |
|---|---|---|
| krzepnięcie (°C) | 3,82 | 0,0 |
| wrzenie (°C) | 101,42 | 100,00 |
| gęstość (w 20°C, g/cm³) | 1,1056 | 0,9982 |
| temp. maksymalnej gęstości (°C) |
11,6 | 4,0 |
| lepkość (w 20°C, cp) | 1,25 | 1,005 |
| napięcie powierzchniowe (w 25°C, dyn·cm) |
71,93 | 71,97 |
| ciepło topnienia (kcal/mol) | 1,515 | 1,436 |
| ciepło parowania (kcal/mol) | 10,864 | 10,515 |
| pH (w 25°C) | 7,41 | 7,00 |
Ciężka woda (D2O) - woda, w której większość cząsteczek to tlenek deuteru, czyli izotopu wodoru 2 (deuteru) a nie wodoru 1.
W "normalnej" wodzie występuje naturalnie ok. 115 ppm wody "ciężkiej" czyli tlenku deuteru. Harold Clayton Urey (USA), opublikował w 1931 technikę umożliwiającą oddzielenie tlenku deuteru od tlenku "zwykłego" wodoru, polegającą na wieloetapowym odwirowywaniu wody.
Inną metodą oddzielenia "ciężkiej wody" jest powolna elektroliza. Wykorzystuje się tu fakt, że deuter nie bierze w niej udziału. Podczas tego procesu wodór i tlen uchodzą z elektrod, natomiast tlenek deuteru pozostaje w naczyniu. Z elektrolizy 100 000 litrów wody uzyskuje się około 1 litr "ciężkiej wody", co wyjaśnia jej koszt.
Cząsteczki ciężkiej wody mają masę cząsteczkową większą o 2g/mol od "zwykłej wody", co powoduje nieco większą gęstość ciężkiej wody w stosunku do wody "zwykłej". Dzięki temu można oddzielać wodę ciężką od "zwykłej" przez wirowanie. Współcześnie ciężką wodę uzyskuje się głównie za pomocą rozdziału tlenku deuteru od tlenku wodoru na kolumnach sorpcyjnych, wykorzystujących różnice w trwałości wiązań wodorowych tworzonych przez tlenek wodoru i tlenek deuteru z wypełnieniem tych kolumn.
Własności chemiczne wody ciężkiej są niemal takie same jak zwykłej wody, z wyjątkiem jej zdolności do tworzenia wiązań wodorowych (tworzy silniejsze wiązania) i polaryzacji wiązań tlen-wodór(deuter), co skutkuje m.in. nieco wyższym pH. Woda ciężka znacząco różni się natomiast od zwykłej wody pod względem fizycznym. Ma o kilka stopni wyższą temperaturę wszystkich przemian fazowych, większą gęstość, inny moment dipolowy, inne przewodnictwo elektryczne i pojemność cieplną.
Ciężka woda stosowana współcześnie w przemyśle zawiera zwykle od 95 do 99% tlenku deuteru w stosunku do tlenku wodoru. Jest ona stosowana jako moderator w reaktorach atomowych, gdyż ma ona zdolność do spowalniania neutronów prędkich. Zwykła woda też ma taką zdolność, ale - w przeciwieństwie do wody ciężkiej - pochłania wszystkie neutrony, niezależnie od ich prędkości. Oprócz tego woda deuterowana jest stosowana w chemii, jako jeden z rozpuszczalników stosowanych w analitycznej technice NMR oraz tanie źródło deuteru, przy badaniu mechanizmów reakcji, poprzez znakowanie izotopowe i obserwację tzw. efektu izotopowego.
Kanada jest największym na świecie producentem ciężkiej wody, która jest wykorzystywana jako moderator w reaktorach atomowych typu CANDU.
Ze względu na przydatność ciężkiej wody w programach produkcji broni atomowej w niektórych krajach (np. Australii) obrót tym związkiem podlega prawnej kontroli.
Ciężka woda była źródłem niepokoju podczas II wojny światowej. Alianci podejrzewali że przy jej wykorzystaniu Niemcy prowadzili eksperymenty mające na celu zbudowanie bomby atomowej. Aby temu zapobiec, w 1942 roku Brytyjczycy wysłali jednostki specjalne aby zniszczyły fabrykę izotopu Vemörk w Norwegii, w miejscowości Rjukan. Fabryka została poważnie uszkodzona na początku 1943 r. w wyniku akcji norweskich komandosów. Mimo że została szybko odbudowana, to jednak w wyniku amerykańskiego nalotu Niemcy podjęli decyzję o przeniesieniu zasobu ciężkiej wody do Niemiec. Nie udało się im jednak przetransportować tych zapasów - na początku 1944 r. bojownicy norweskiego ruchu oporu zatopili prom przewożący do Niemiec ewakuowane z fabryki zapasy ciężkiej wody.[1]
Zobacz więcej w osobnym artykule: Bitwa o ciężką wodę.[edytuj] Wpływ wody ciężkiej na żywe organizmy
Z fizykochemicznego punktu widzenia woda ciężka niewiele różni się od wody "zwykłej". Te niewielkie różnice są jednak istotne dla żywych organizmów. W biopolimerach takich jak białka czy kwasy nukleinowe, deuterowanie (czyli wymiana izotopowa wodoru na deuter) powoduje nieznaczny spadek energii wiązań wodorowych. Jest to znany w przyrodzie efekt Ubbelohde'a.
Różnica w aktywności wodoru i deuteru w żywych organizmach ma swoje źródło w efektach dynamicznych oddziaływań kooperatywnych, które prowadzą do występowania efektów samoorganizacji izotopowej w układach wiązań wodorowych. Samoorganizacja H/D prowadzi do tego, że deuter niechętnie „wchodzi” np. do DNA organizmów żywych.
W czasie umieszczenia żywej komórki w środowisku ciężkiej wody, aparat mitotyczny, a dokładniej wrzeciono eukariotyczne, które zbudowane jest z DNA, tworzą się wiązania typu D-D o mniejszej sile niż H-H, stąd dochodzi do rozrywania tych wiązań i zmniejszenia efektywności replikacji DNA.[2]
Efekty te powodują, że w ciężkiej wodzie zamiera wszelkie życie. Nie rozwijają się w niej bakterie ani żadne inne drobnoustroje. Powoduje to też, że ciężka woda jest słabo toksyczna.
[edytuj] Zobacz też
Przypisy
- ↑ strona WWW fabryki Hydro opisującą szczegółowo wydarzenia z II wojny światowej
- ↑ Helmut Günzler, Hans-Ulrich Gremlich,: IR Spectroscopy: An Introduction. Wiley-VCH, 2002. ISBN 3-527-28896-1.
