Πώς διαφέρει το «βαρύ» νερό από το κανονικό νερό;
Το βαρύ νερό ή το οξείδιο του δευτερίου είναι ένα υγρό με παρόμοιες χημικές ιδιότητες με το κανονικό νερό, αλλά έχει διαφορετικές χρήσεις λόγω της μεγαλύτερης μάζας και πυκνότητάς του.
Όλοι έχουν ακούσει για το νερό ή το H2O, αλλά πολύ λιγότεροι άνθρωποι γνωρίζουν το φυσικό βαρύ νερό—D2O.
Τι είναι το βαρύ νερό;
Για να αποκρυπτογραφήσει κανείς το μυστήριο του βαρέος νερού, πρέπει πρώτα να κατανοήσει την έννοια των ισοτόπων. Όταν τα άτομα ενός στοιχείου διαφέρουν ως προς τον αριθμό των νετρονίων στον πυρήνα τους, είναι γνωστά ως ισότοπα. Το υδρογόνο έχει τα ακόλουθα ισότοπα.
Εικονογράφηση Protium, Deuterium and Tritium (Photo Credit:Designua/ Shutterstock)
Το δευτέριο είναι ένα ισότοπο υδρογόνου που περιέχει ένα νετρόνιο περισσότερο από ένα τυπικό άτομο υδρογόνου. Λόγω αυτού του πρόσθετου νετρονίου σε κάθε άτομο δευτερίου, ζυγίζει ουσιαστικά διπλάσιο από ένα κανονικό άτομο υδρογόνου.
Παρόμοια με τη χημική δομή του νερού (H2O), το βαρύ νερό ή το οξείδιο του δευτερίου (D2O) έχει επίσης δύο άτομα συνδεδεμένα με ένα άτομο νερού. Αντί για κανονικά άτομα πρωτίου, το βαρύ νερό αποτελείται από δύο άτομα δευτερίου.
Μοριακή δομή του D2O (Φωτογραφία :Shmitt Maria/ Shutterstock)
Όπως το κανονικό νερό, έτσι και το βαρύ νερό είναι ένα άοσμο υγρό σε θερμοκρασία δωματίου. Επιπλέον, το δευτέριο, ισοδύναμο με πρωτίου, είναι επίσης ένα σταθερό ισότοπο. Αυτό διασφαλίζει ότι το βαρύ νερό δεν είναι ραδιενεργό. Το μοριακό βάρος κάθε ατόμου δευτερίου είναι 20, ενώ ένα άτομο H2O που ζυγίζει έχει μοριακό βάρος μόλις 18. Λόγω του μεγαλύτερου βάρους του, το δευτερίου είναι πιο πυκνό από το νερό. Σε στερεή κατάσταση, ένα μπλοκ D2O θα βυθιστεί στο νερό, αντί να επιπλέει.
Πυκνοί κύβοι βαρέος νερού θα βυθιστούν στο νερό (Φωτογραφία :Andrey Armyagov/ Shutterstock)
Αυτό είναι διαφορετικό από το πώς θα συμπεριφερόταν ένα μπλοκ πάγου (H2O). Ένας εύκολος τρόπος διαφοροποίησης μεταξύ D2O και H2O είναι το βάρος και η πυκνότητα των δύο ενώσεων. Το βαρύ νερό υπάρχει φυσικά, αλλά δεν είναι τόσο κοινό όσο το νερό. Η αναλογία του φυσικού βαρέος νερού προς το κανονικό νερό είναι περίπου 1:20.000.000 μόρια. (url – https://energyeducation.ca/encyclopedia/Heavy_water)
Σε τι χρησιμοποιείται το βαρύ νερό;
Το βαρύ νερό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή ορισμένων ενώσεων, όπως το δευτέριο και το τρίτιο. Το βαρύ νερό χρησιμοποιείται επίσης σε πυρηνικούς αντιδραστήρες. Σε αυτούς τους αντιδραστήρες πρέπει να συμβεί μια αντίδραση σχάσης με Ουράνιο-235. Μια αντίδραση σχάσης είναι όταν ένα νετρόνιο εκτοξεύεται σε μεγάλους πυρήνες, ο οποίος στη συνέχεια διασπάται. Μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας απελευθερώνεται ως αποτέλεσμα αυτής της διάσπασης.
Fission in action (Photo Credit :general-fmv/ Shutterstock)
Σε αυτούς τους αντιδραστήρες, τα νετρόνια κινούνται με απίστευτα γρήγορο ρυθμό και πρέπει να επιβραδυνθούν. Η πιο αργή κίνηση νετρονίων στον αντιδραστήρα διασφαλίζει ότι η αντίδραση σχάσης υλοποιείται αποτελεσματικά. Το βαρύ νερό δρα ως επιβραδυντής νετρονίων σε αυτή την αντίδραση, καθώς είναι σε θέση να επιβραδύνει το νετρόνιο. Αυτό επιτρέπει στην αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης να λειτουργήσει με το Uranium-235.
Το βαρύ νερό μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως ένωση ιχνηθέτη. Ισότοπος ιχνηθέτης είναι κάθε άτομο που μπορεί να αναγνωριστεί όταν προστεθεί σε άλλο μείγμα. Ένα τέτοιο άτομο επιτρέπει στους επιστήμονες να «ιχνηλατήσουν» την πρόοδο ενός μείγματος. Ένας ισοτοπικός ιχνηθέτης πρέπει να είναι συμβατός με ένα μείγμα, αλλά μπορεί επίσης να διαφοροποιηθεί στο μείγμα. Το βαρύ νερό παρέχει αυτόν τον μοναδικό συνδυασμό.
Μπορείς να πιεις βαρύ νερό;
Σε περιορισμένες ποσότητες, ναι.
Σε μικρές ποσότητες, το να πίνετε βαρύ νερό δεν θα σας επηρεάσει με κανέναν τρόπο. Η κατανάλωση D2O δεν θα σας βλάψει επειδή το δευτέριο δεν είναι ραδιενεργό, επομένως δεν χρειάζεται να ανησυχείτε για δηλητηρίαση από ακτινοβολία. Τα άτομα δευτερίου απαντώνται φυσικά σε μικρές αναλογίες. Υπάρχει ένα άτομο δευτερίου για κάθε επτά χιλιάδες άτομα υδρογόνου, γεγονός που το καθιστά αρκετά σπάνιο φαινόμενο. Σε αυτές τις αναλογίες, η κατανάλωση D2O δεν θα προκαλέσει καμία σωματική βλάβη στον άνθρωπο. Όσον αφορά τη γεύση, το βαρύ νερό έχει κάπως πιο γλυκιά γεύση από το κανονικό νερό.
Ποτήρι βαρύ νερό; (Φωτογραφία :Busra Ispir/ Shutterstock)
Εάν καταναλώνετε σημαντική ποσότητα βαρέος νερού, μπορεί να αισθανθείτε κάποια ανησυχία λόγω της αλλαγής στην πυκνότητα του υγρού. Μπορεί να αισθανθείτε μια μικρή αλλαγή στην πίεση στα υγρά που υπάρχουν στα αυτιά σας. Ωστόσο, αυτή η ποσότητα δεν θα πρέπει να προκαλεί καμία σημαντική βλάβη στο σώμα σας και είναι σπάνιο ότι κάποιος θα μπορούσε να καταναλώσει αρκετό βαρύ νερό για να προκαλέσει μεγάλη δυσφορία. Ωστόσο, εάν κάποιος καταναλώσει βαρύ νερό σε μεγάλες αναλογίες, θα είναι πολύ επιβλαβές για την υγεία σας.
Η κατανάλωση περίσσειας D2O μπορεί να αποδειχθεί μοιραία (Πιστωτική φωτογραφία :Korosi Francois-Zoltan/ Shutterstock)
Η μεγαλύτερη μάζα των ατόμων του δευτερίου, σε σύγκριση με τα άτομα του υδρογόνου, θα επηρεάσει τις χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στο σώμα. Τα βαρύτερα μόρια D2O θα επιβραδύνουν τις φυσικές χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν τακτικά στο ανθρώπινο σώμα. Εάν η ποσότητα του βαρέος νερού φτάσει σε ένα σημείο του 20% του συνολικού νερού που υπάρχει στο σώμα σας, θα μπορούσε να αποβεί μοιραίο. Ορισμένοι τύποι βαρέος νερού περιλαμβάνουν άτομα τριτίου, αντί για άτομα δευτερίου. Αυτή η ποικιλία είναι ακόμη πιο επιβλαβής, αφού το τρίτιο είναι βαρύτερο και, το πιο σημαντικό, ραδιενεργό. Οποιαδήποτε πρόσληψη τέτοιων υγρών θα προκαλέσει σωματική βλάβη και μπορεί να επηρεάσει την ακεραιότητα του DNA του ανθρώπου.
Ευτυχώς, σπάνια ακούμε ανθρώπους να κάνουν υπερβολική δόση οποιουδήποτε τύπου βαρέος νερού, κυρίως επειδή η λήψη D2O είναι πολύ δύσκολη και δαπανηρή. Με τη χρήση ηλεκτρόλυσης, μπορεί κανείς να αποκτήσει καθαρό βαρύ νερό, αλλά οι περισσότεροι άνθρωποι δεν έχουν πρόσβαση σε αυτούς τους πόρους. Η αγορά D2O είναι επίσης πολύ ακριβή, με τιμές άνω των 100 $ για 100 γραμμάρια υγρού. (γεγονός – https://shop.isotope.com/productdetails.aspx?itemno=DLM-4-PK)
